Где используется глонасс и gps

Что лучше — ГЛОНАСС или GPS: главные различия систем навигации

ГЛОНАСС – глобальная спутниковая навигационная система российской разработки. Она создавалась с конца 1950-х, но широкое распространение в гражданском секторе получила лишь в нулевых годах XXI века. В настоящее время она принадлежит Российской Федерации

Нередко встречаются утверждения, что «ГЛОНАСС – это аналог GPS», но это не так. Советские ученые начали создавать систему спутниковой навигации раньше американцев: в СССР основы технологии разработали к 1958 году, в США же задумались об использовании космических аппаратов для навигации в 1959 году, уже после запуска первого искусственного спутника Земли Советским Союзом.

История развития ГЛОНАСС

Для начала разберемся, как происходит определение координат с помощью ГЛОНАСС. Оно осуществляется с помощью сети из нескольких спутников, находящихся на орбите на высоте примерно 19 000 – 20 000 км над землей. Когда вы хотите узнать свое местоположение, ваше устройство с ГЛОНАСС обнаружит как минимум четыре из этих спутников. Далее будет измерено время, необходимое для того, чтобы сигнал от спутников достиг вашего устройства, а потом— рассчитано расстояние до каждого из них. Так как координаты спутников в любой момент времени известны, по этим расстояниям можно вычислить текущую геопозицию приемника.

Для покрытия всей земной поверхности в орбитальную группировку навигационной системы ГЛОНАСС должно входить не менее 24 спутников. При таком количестве в зоне «видимости» каждого пользователя как раз находится как минимум 4 космических аппарата (КА). И именно столько нужно, чтобы определить четыре параметра, важных для точного геопозиционирования: координаты X и Y, высоту Z и разницу по времени между часами на спутниках и часами устройства пользователя.

Принцип работы системы навигации

На момент написания статьи в составе орбитальной группировки ГЛОНАСС находится 26 спутников и один — на этапе ввода в систему.

Текущее положение космических аппаратов ГЛОНАСС на 14.07.22

Чем ГЛОНАСС технически отличается от GPS

GPS — Global Positioning System, система глобального позиционирования, разработанная США. Она использует те же принципы определения местоположения, что и ГЛОНАСС. По состоянию на конец июня 2022 года в орбитальной группировке GPS насчитывался в общей сложности 31 действующий спутник. Однако GPS, как и ГЛОНАСС, для покрытия всего Земного шара достаточно 24 спутников.

Внешний вид орбитальных группировок

Между системами ГЛОНАСС и GPS — тысячи технических различий, но подавляющее большинство из них не значимы для рядового пользователя. Остановимся на основных, кроме разницы в числе спутников, о которой мы уже сказали:

• Расположение спутников. Космические аппараты ГЛОНАСС размещаются в трех плоскостях, они наклонены к экватору под номинальным углом 64,8° и обращаются с периодом 11 ч 15 мин 44 с. Движутся они асинхронно с вращением Земли. Это обеспечивает устойчивую орбитальную систему, которой практически не требуется корректировка орбит КА, в отличие от орбит GPS. Более того, даже если несколько спутников выведут с орбиты, это не повлияет на доступность навигации на территории РФ. В свою очередь, спутники GPS находятся в шести плоскостях под наклоном около 55° и обращаются синхронно — им для точного геопозиционирования нужны наземные корректировочные станции.
• Способ передачи данных. Информация, передаваемая спутниками, шифруется при помощи разных протоколов: у ГЛОНАСС это FDMA, более энергозатратный протокол, но с лучшей защитой данных; у GPS — экономичный и менее безопасный CDMA.
• Погрешность позиционирования. У ГЛОНАСС она составляет 3–6 м, у GPS — 2–4 м.
• Покрытие. ГЛОНАСС покрывает 100% всей территории РФ и 70% планеты. GPS же работает везде, кроме широт близ полярных кругов — дело в наклоне орбиты.

По сути, для рядового пользователя нет разницы, по каким орбитам и на какой высоте движутся спутники, как на них передается информация с наземных станций слежения, как производятся расчеты. Ему не нужна «хирургическая» точность определения геопозиции. Однако погрешность в пару метров может иметь решающее значение в гражданской и военной авиации, геодезии и картографии, определении границ земельных участков. С помощью наземной инфраструктуры и более сложного навигационного оборудования и ГЛОНАСС, и GPS могут выдавать координаты с точностью до нескольких миллиметров.

GPS, ГЛОНАСС и другие системы спутниковой навигации – что лучше?

Технологии спутниковой навигации стали привычным удобством для рядового пользователя. Ежегодно выпускаются миллионы устройств, поддерживающих работу с такими системами. Синонимом геопозиционирования стала GPS — первая глобальная система. Но есть еще отечественная ГЛОНАСС, европейская Galileo, а также загадочная Beidou из Поднебесной. А еще японская QZSS и индийская NavIC (IRNSS), которые являются региональными проектами, но в будущем имеют перспективы перерасти в глобальные системы.

GPS, ГЛОНАСС и Beidou созревали еще с середины второй половины прошлого века. Европейская программа по созданию глобальной навигационной системы была только утверждена в 1994 году, а до первых запусков прошло еще много лет. Идея спутниковой навигации посетила светлые головы инженеров после запуска первого спутника СССР. Было установлено, что сила сигнала от космического аппарата изменялась в зависимости от удаленности спутника за счет эффекта Допплера.

Первый спутник навигационной системы запустили США, и до нашего времени проект дошел под названием GPS. В СССР тоже работали над собственным решением — свой аналог советские инженеры назвали ГЛОНАСС (глобальная навигационная спутниковая система). Если американская программа разрабатывалась планомерно, то развитие ГЛОНАСС столкнулось с проблемами из-за перестройки, а затем из-за нехватки финансирования. Beidou тоже прошла долгий путь становления, что вызвано кризисами.

GPS и ГЛОНАСС создавались, в первую очередь, как военные технологии со всеми вытекающими. Позднее доступ к ним открыли и для гражданских. Сейчас спутниковая навигация применяется в различных сферах жизнедеятельности человека и позволяет определять не только местоположение, но и параметры движения.

При этом для улучшения надежности и стабильности навигации страны объединяют усилия, правда, делают это группами. Так в GPS продвигается интеграция с Galileo, а ГЛОНАСС больше «дружит» с Beidou.

Коротко о принципе работы

Технология строится на измерении задержки сигнала от спутника к приемнику. Передача сигнала осуществляется в дециметровом диапазоне волн. Для точного определения координат на плоскости необходимо три спутника, а четвертый спутник помогает определить высоту.

Основные элементы системы:

• модуль приемника;
• спутник на околоземной орбите;
• наземная инфраструктура.

Система спутниковой навигации определяет координаты с точностью до десятков или даже сотни метров. Далее в игру вступают алгоритмы, устраняющие ошибки и погрешности. Вычисления помогают сократить погрешность до нескольких метров, а передовые решения — до нескольких сантиметров. Так как системы разрабатывались в первую очередь оборонными ведомствами, то повышенная точность в большинстве случаев предоставляется исключительно военным. В Galileo — на коммерческой основе.

Могут ли отключить GPS?

Теоретически, отключение пользователей из конкретных регионов или стран возможно. Отключение гражданского сегмента GPS американскими военными имело место во время локальных конфликтов. Соответственно, повторение подобных сценариев в будущем возможно. Не исключено, что союзная Galileo тоже может приостановить работу в отдельных зонах или увеличить погрешность до неприемлемых значений.

Если раньше это могло стать серьезной проблемой, то сейчас ГЛОНАСС и Beidou достаточно окрепли, чтобы стать полноценной альтернативой. Более того, в отдельных случаях эти спутниковые системы навигации работают лучше американского и европейского аналога. К тому же, большинство современных устройств оснащены приемниками двух типов, поэтому никаких существенных изменений для пользователей не предвидится.

Параметры основных спутниковых навигационных систем

GPS	ГЛОНАСС	Beidou	Galileo
Запуск первого навигационного спутника	1960	1967	2000	2005
Кол-во спутников	32	25	49*	26
Наклонение орбитальных плоскостей	55°	64,8°	55°	56°
Высота орбиты (тыс. км)	20,2	19,1	21,528 и 35,786	23,222
Период обращения	11 ч 58 мин	11 ч 15 мин 44 с	12 ч 53 мин 24 с	14 ч 4 мин 45 с

* В Beidou используются орбитальные группировки смешанного типа: 8 спутников на геостационарной орбите, 12 — на наклонных геосинхронных орбитах, 29 — на средних круговых орбитах.

Орбиты и спектр навигационных радиосигналов GPS:

Орбиты и спектр навигационных радиосигналов ГЛОНАСС:

Орбиты и спектр навигационных радиосигналов Beidou:

Орбиты и спектр навигационных радиосигналов Galileo:

На данный момент лучшую точность определения местоположения в глобальных масштабах обеспечивает GPS. При этом Galileo использует продвинутые разработки и в будущем может предложить более высокую точность.

ГЛОНАСС немногим уступает в точности GPS, но более надежна при работе в северных широтах.

Некоторые европейские страны из северных регионов многие годы использовали российскую спутниковую систему навигации вместо американского и европейского аналога, что говорит о многом.

Beidou интенсивно набирает обороты, и только в последние годы вырвалась в лидеры и оставила позади другие системы по количеству спутников. Помимо глобального охвата, китайская программа ориентирована также на собственный регион и улучшение мобильной связи. Кроме совершенствования аппаратной части важной составляющей является развитие алгоритмов устранения ошибок и погрешностей.

Региональные проекты

На данный момент существуют два региональных проекта, на базе которых в будущем возможно развертывание глобальных систем. Это японская QZSS (Quasi-Zenith Satellite System) и индийская NavIC.

QZSS ориентирована на Тихоокеанско-Азиатский регион и на Японию. В рамках проекта уже запущены 4 космических аппарата, которые находятся на квазизенитных орбитах. В Японии система обеспечивает точность определения местоположения с погрешностью 2 м. Планируется расширение орбитальной группировки еще тремя спутниками.

Система также ориентирована на улучшение качества связи, передачу данных и текстовых сообщений. Одним из преимуществ японского проекта является работа с сигналом LEX (диапазон L6), обеспечивающим высокоточное позиционирование с сантиметровой точностью.

Орбиты и спектр навигационных радиосигналов QZSS:

NavIC ориентируется на пользователей Индии, а также охватывает территорию близлежащих стран и акватории Индийского океана — до 1500 км от границы страны. Особенность системы заключается в использовании одночастотной аппаратуры, которая, благодаря поправкам с использованием параметров ионосферной точечной сетки, выдает результаты, аналогичные двухчастотной аппаратуре.

Орбитальная группировка состоит из трех космических аппаратов на геостационарной орбите и четырех — на геосинхронной. В своем регионе NavIC работает точнее и быстрее GPS.

Орбиты и спектр навигационных радиосигналов NavIC:

Какие еще альтернативы есть

Определение местоположения объекта в пространстве возможно без спутниковых навигационных систем. Существует множество альтернатив, но на данный момент их точность и надежность недостаточны. В качестве примера можно назвать Location-based service (LBS) — эти технологии могут применяться там, где нет возможности работать со спутниковым сигналом. Те же сервисы могут использоваться для повышения точности вычисления местонахождения объекта, работая совместно с глобальными системами навигации.

Серьезным конкурентом глобальных спутниковых систем может стать проект Starlink, который разворачивает SpaceX. Если верить исследователям университета штата Огайо, ученые смогли добиться точности вычисления координат до 7,7 м. С ростом количества спутников погрешность снизится. Исследователи отмечают, что спутники Starlink находятся ближе к поверхности планеты, и сигнал от них более сильный. В частности это может снизить влияние помех и повысить надежность системы.

Подведем итоги

Сейчас многих волнует вопрос о том, что будет, если отключат GPS (и Galileo). Фактически, современные устройства поддерживают работу со всеми четырьмя системами сразу, поэтому никаких проблем из-за этого не возникнет. Исключением могут стать устройства с приемниками старого образца, которые были разработаны под GPS — в большинстве случаев это девайсы из 2000-х.

Современные устройства поддерживают работу со всеми четырьмя системами сразу, проблемы с навигацией могут возникнуть только у старых устройств.

В остальном же технологии развиваются, и постепенно появляются альтернативы глобальным системам спутниковой навигации.

Отличие GPS от ГЛОНАСС

Задача систем GPS и ГЛОНАСС — определение координаты объекта на поверхности планеты, именно так переводится на обычный язык словосочетание “глобальное позиционирование”. Идея об использовании спутников для навигации наземного и морского транспорта появились сразу же после выхода на орбиту первого искусственного объекта. Получение практических доказательств, что спутник может длительное время находиться на геостационарной орбите активизировало поиски. В результате — появились спутники ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система), первый из которых выведен на орбиту в 1982 году.

Но реально работать система ГЛОНАСС начала в 2009 году, когда все 24 спутника включились в одну цепочку. Спутники находятся на трех орбитах на высоте около 19100 км. Наблюдение за наземными движущимися объектами обеспечивает погрешность в 3–6 метров.

Более точная американская система NAVSTAR GPS отличается большей точностью. 48 геостационарных спутников позволяют определить координату с погрешностью до 2–4 м. Система GPS (Global Positioning System) начала эффективно работать намного раньше — в 1993 году (первый спутник — в 1974 году). Разработана, как военная структура, GPS обеспечивает свободный доступ к данным всем желающим, установившим на свой транспорт приемник, или навигатор, настроенный на частоты системы. Прообраз GPS — военная система навигации Transit (NAVSAT) начала работу еще в 1964 году, обеспечивая точность позиционирования до 200 м с помощью 6 спутников.

Не все пользователи система навигации понимают, в чем отличие Глонасс от GPS. На бытовом уровне разница в точности позиционирования и скорости работы не ощущается. Но по многим параметрам системы отличаются, причем довольно значительно.

Отличие GPS от ГЛОНАСС

Обе системы работают по одному принципу, анализируя спектральное смещение сигнала по эффекту Доплера. Для одной и другой системы нужен на земле прибор, принимающий сигнал, чтобы его заметил спутник. Найти положение объекта, не оборудованного нужной аппаратурой, ни GPS, ни ГЛОНАСС не сможет.

Самые главные отличия:

• Спутники ГЛОНАСС находятся на асинхронных орбитах, по 8 в трех плоскостях, GPS — по 8 спутников на 4 геостационарных орбитах (неподвижно висят над определенной точкой поверхности). Не вдаваясь в подробности, отметим, что ГЛОНАСС отлично определяет координаты объектов во всех широтах, а у GPS наблюдаются сложности в полярных областях. Но выведение еще 24 спутников в перспективе должно решить эту проблему.
• Программное обеспечение GPS находится в легком доступе, стоимость навигаторов и других приборов с возможностью использования навигации по спутникам невысокая. ПО ГЛОНАСС представлено на рынке в чрезвычайно ограниченном количестве.
• Большое количество прикладных программ GPS позволяет неограниченно расширять сферу применения системы в разных отраслях.
• GPS работает при любой погоде, достаточно иметь под руками смартфон, или туристический трекер.

Некоторые производители навигаторов и систем спутникового мониторинга обеспечивают свои изделия возможностью работать с обеими системами одновременно. Это нивелирует недостатки и интегрирует положительные качества, позволяя всегда точно знать, где находится объект.

Преимущества спутниковых систем: GPS и Глонасс

В спутниковых системах GPS и ГЛОНАСС используется по 24 спутника, которые работают в постоянном режиме, и по 7 резервных. Гарантия получения требуемых данных составляет 100%. За объектом следят сразу несколько спутников, в зоне видимости которых он находится. По разнице во времени задержки сигнала и вычисляется положение в пространстве и скорость объекта относительно неподвижной системы координат на Земле. Следует учитывать, что вычисляет координаты не спутник, а приемник, установленный на объекте. Спутник передает только необходимую базу данных измерений.

Система GPS работает на частотах1575,42 МГц и 1224,60 МГц, передавая кодированный сигнал, который нельзя расшифровать, не располагая PRN-кодом. В этом — одно из преимуществ GPS мониторинга. Узкий частотный диапазон обеспечивает устойчивость от помех и гарантирует прием. Скорость передачи информации — 50 бит/с. Этого достаточно при уверенном приеме, но не хватает при пропавшем по разным причинам сигнале. В таком случае поиск спутника начинается заново, что замедляет определение координат.

ГЛОНАСС в Украине работает хуже, чем GPS. Этому есть свои объяснения. При передаче сигналов используются частоты 1602 и 1246 МГц при скорости передачи в тех же 50 бит/с. Передается информация по двум каналам, обычной и повышенной точности. Второй вариант доступный только для узкого круга авторизованных пользователей, например, военных и моряков флота РФ. Система непопулярна еще и потому, что навигаторов и трекеров с приемниками сигналов российского спутника в продаже мало.

Решения с использованием GPS от Микро Троник Украина

Компания “Микро Троник Украина” предоставляет выбор готовых решений для навигации и спутникового слежения за работой транспорта и спецтехники, а также разрабатывает решения индивидуально на основании системы навигации GPS. Выбор оправдан экономически и практически. Приборов разного рода и уровня на базе приемников GPS в продаже много, купить их можно по невысокой цене, в отличном качестве.

Отдельно стоит вопрос о надежности систем. Если время работы спутника ГЛОНАСС на орбите составляет 3–4 года, то американские находятся в строю вдвое дольше. Если в системе случиться сбой, то на восстановление работоспособности ГЛОНАСС потребуется намного больше времени, чем GPS. А потеря возможности контроля над работой транспорта и техники — это прямые убытки.

Система ГЛОНАСС: расшифровка, принцип работы и основные отличия от GPS

Использовать космические аппараты для решения навигационной задачи предложил профессор В.С. Шебшаевич в 1957 году. Возможность определения места по спутникам была предсказана в ходе исследований радиоастрономических методов навигации в авиации. Исследования, проведенные в ряде советских научно-исследовательских институтов, доказали такую возможность и обосновали показатели точности, глобальности и непрерывности навигационных определений. Данные исследования легли в основу созданной отечественной низкоорбитальной системы «Цикада». Первый навигационный отечественный спутник «Космос-192» был выведен на орбиту, в 1967 году. Спутник непрерывно излучал радионавигационный сигнал на двух частотах в течение всего времени своего существования.

Система «Цикада» в составе четырех спутников на круговых орбитах высотой 1000 км эксплуатировалась с 1979 года. «Цикада» периодически обеспечивала измерение координат своего места. Продолжительность сеанса составляла около 5 мин. «Цикада» использовала измерения дальности от потребителя до навигационных спутников. Дальнейшее развитие идеи спутниковой навигации лежало в области повышения точности и оперативности измерений.

Спутники «Цикады» были дооборудованы аппаратурой обнаружения терпящих бедствие судов и других объектов, оснащенных специальными радиобуями. Сигналы с радиобуев принимались спутниками и передавались на наземные станции. Там производилось вычисление точных координат терпящих бедствие объектов (судов, самолетов и др.). «Цикада» входили в систему «Коспас», которая совместно с американо-франко-канадской системой «Сарсат» составляла единую службу поиска и спасания «Коспас-Сарсат». Практическое использование этой триады позволило сохранить жизни не одной тысяче людей.

После 2008 года эксплуатация этих систем была прекращена, так как принципы, заложенные при их создании уже не могли удовлетворять выросшему количеству их потребителей. Однако, опыт низкоорбитальной навигации привлек широкое внимание со стороны потенциальных потребителей координатно-временной информации на суше, на море и в воздухе.

Используя накопленный опыт, отечественные специалисты разработали глобальную навигационную спутниковую систему (ГЛОНАСС). Орбитальная группировка состоит из 24 штатных спутников, расположенных на орбитах высотой 19100км с наклонением 64.8 град. Период обращения спутника — 11 ч 15 мин 44 с. Это позволило создать устойчивую орбитальную группировку, не требующую коррекции орбиты и обеспечивающую глобальное и непрерывное навигационное поле для потребителей любого вида базирования.

Подсистема контроля и управления ГЛОНАСС (ПКУ) состоит из Центра управления и сети станций измерения, управления и контроля, распределенной по всей территории России. ПКУ контролирует работу космических аппаратов, уточняет параметры их орбит, и выдает на спутники команды и программы управления, а также служебную информацию.

Навигационная аппаратура потребителей (НАП) состоит из навигационных приемников и устройств обработки навигационных сигналов и вычисления собственных координат, скорости и времени. НАП выполняет измерения до четырех спутников ГЛОНАСС, принимает и обрабатывает навигационные сообщения. Принятое сообщение несет информацию о положении спутника в пространстве и времени. В результате обработки принятых навигационных сообщений и результатов измерений определяются три координаты НАП, три составляющие вектора скорости его движения, а также осуществляется «привязка» шкалы времени потребителя к шкале Госэталона координированного всемирного времени UTC (SU).

ГЛОНАСС позволяет обеспечить непрерывную глобальную навигацию всех типов НАП с различным уровнем требований к качеству навигационного обеспечения. При этом используются сигналы стандартной (L1) и высокой точности (L2) точности.

В настоящее время развитием проекта ГЛОНАСС занимается Государственная корпорация «Роскосмос», министерства и ведомства России: Минобороны, МВД, Ростехнадзор, Минтранс, Росреестр, Минпромторг, Росстандарт, Росавиация, Росморречфлот, Федеральное агентство научных организаций (ФАНО).

При создании ГЛОНАСС были решены две основные проблемы, влияющие на точность измерений:

1. Синхронизация шкал времени спутников. На каждом спутнике был установлен цезиевый высокостабильный стандарт частоты. Относительная нестабильность колебаний составляет 10 –13 . . На земле был установлен водородный стандарт частоты, относительная нестабильность которого составляет 10 –14 . Ошибка в сравнении временных шкал составляет от 3 до 5 наносекунд.
2. Высокоточное определение и прогнозирование орбитального положения навигационных спутников. Были разработаны точные баллистические модели движения, учитывающие даже второстепенные факторы, влияющие на орбитальные параметры:
   • световое давление,
   • неравномерность вращения Земли,
   • движение ее полюсов Земли и т.п.

Опытная эксплуатация ГЛОНАСС началась в 1993 году. Штатная работа в полном составе (24 спутника) стартовала 1995 году. Основными потребителями были военные. Отсутствие широкого применения в гражданских целях тормозило развитие технологий в гражданских отраслях. Возникшие экономические трудности в 90-х годах прошлого столетия не позволяли уделять должного внимания поддержанию и развитию отечественной космической отрасли в целом и спутниковой навигации – в частности.

Уже в 2002 году орбитальная группировка ГЛОНАСС насчитывала всего 7 космических аппаратов (КА). Она уже не могла обеспечить территорию России сплошным навигационным полем.

Ситуацию удалось переломить в результате выполнения федеральной целевой программы развития системы ГЛОНАСС. В рамках этой программ были получены следующие важные результаты:

1. Группировка ГЛОНАСС была восстановлена до штатного количества модернизированных спутников
2. Наземный комплекс также был модернизирован с учетом новых границ РФ.
3. Проведено обновление парка эталонных средств времени и частоты и средств определения параметров вращения Земли.
4. Созданы важные функциональные дополнения навигационных систем, разработаны базовые модули навигационно-временной аппаратуры и комплексы на их основе.

В настоящее время ГЛОНАСС позволяет поставлять навигационную и координатно-временную информацию при:

• обеспечении безопасности при эксплуатации авиационного, морского и наземного транспорта,
• мониторинге автомобильного и другого транспорта,
• кадастровых и топографических работах,
• решении геодезических и картографических задач в различных прикладных областях,
• планировании и проведении посевных работ в сельскохозяйственных отраслях и при сборе урожая,
• применении систем вооружения и военной техники,
• В большом количестве других областей науки и экономики.

Как это работает

Давайте рассмотрим, как работает ГЛОНАСС. Подсистему навигационных космических аппаратов (НКА) составляют спутники, движущиеся по специально выбранным орбитам. Основное условие, рассматриваемое при выборе орбит — в любой точке планеты в любой момент времени должно быть видно не менее 4 спутников (почему именно четыре, будет объяснено ниже). На каждом из аппаратов установлены атомные эталоны времени (часы):

• цезиевые,
• рубидиевые
• или их комбинация,

Бортовые часы синхронизированы с наземными часами системы. Синхронизированные — это значит, что известна разница хода часов. На центральном синхронизаторе хранится известная разница — так называемая системная шкала времени. Каждый КА излучает радиосигнал в двух диапазонах L1 и L2. Все НКА GPS излучают на двух общих частотах, 1575,42 МГц и 1227,60 МГц для L1 и L2 соответственно. ГЛОНАСС использует 12 разнесенных частот в каждом диапазоне L1 и L2. Разница между частотами составляет 562,5 кГц, для поддиапазона L1 и 437,5 кГц для L2, нулевая литера имеет частоты 1602 МГц и 1245 МГц соответственно. Несущее колебание модулируется специальной кодовой последовательностью, содержащей информацию о текущем бортовом времени. Выведенный на орбиту в 2011 году для лётных испытаний КА модификации «Глонасс-К» этапа наряду с радиосигналами L1 и L2 с частотным разделением, дополнительно излучает в диапазоне L3 радиосигналы открытого доступа с кодовым разделением.

В GPS каждый аппарат имеет уникальную кодовую последовательность. Это позволяет разделить сигналы, передаваемые на общей частоте. В ГЛОНАСС же используется частотное разделение, поэтому все аппараты имеют одинаковую кодовую последовательность. Дополнительно сигналы спутников модулируются навигационными сообщениями, которые содержат параметры движения спутника и смещения показаний спутниковых часов относительно системной шкалы времени.

Структура сигнала космических аппаратов ГЛОНАСС

Навигационные сигналы также содержат параметры ионосферы, смещение системной шкалы времени относительно мировой шкалы времени и много еще всякой другой полезной информации, позволяющей проводить вычисления с максимально возможной точностью. Упрощенно подсистема НКА — это распределенные в пространстве сверхточные часы, движущиеся с известными в каждый момент времени координатами. А наземный комплекс управления (НКУ) обеспечивает определение параметров движения космических аппаратов и точность хода их часов. На пунктах ведутся измерения параметров, влияющих на качество навигации:

• вращения планеты,
• атмосферы,
• характеристики гравитационного поля Земли,
• и другие.

Также НКУ хранит параметры мировой системы координат. В состав НКУ также входят научно-исследовательские учреждения и лаборатории. Наземный комплекс осуществляет обработку всех перечисленных параметров и передает необходимые данные на спутники. Далее необходимые данные транслируются в сторону Земли, создавая глобальное и непрерывное навигационное поле.

Кроме собственно пунктов управления НКУ включает:

• базовые пункты с калиброванными приёмниками,
• пункты федеральной астрономо-геодезической сети,
• и радиоинтерферометры со сверхдлинной базой,
• лазерные дальномеры,
• множество других технических средств и комплексов, прямо или косвенно помогающих решать навигационную задачу.

НАП принимает и обрабатывает сигналы НКА. Получая сигнал от всех видимых аппаратов, приёмник выполняет:

• частотное (для ГЛОНАСС) или кодовое (для GPS) разделение сигнала от каждого спутника,
• определение бортового времени каждого спутника на момент излучения принятого сигнала путём считывания соответствующей информации, заключенной в навигационном сигнале,
• получение полного навигационного сообщения, содержащего данные о положении аппарата и разнице хода его часов с системной шкалой времени. Это позволяет определить момент излучения сигнала спутником в системной шкале времени.
• определение показаний собственных часов приёмника в момент приёма сигнала от спутников. Имея эти данные, можно определить время распространения сигнала от спутника до приёмника.

На этом этапе обработки известными являются:

1. Положение каждого аппарата,
2. Время распространения сигнала до каждого аппарата.

А неизвестными являются:

1. Три координаты приемника НАП,
2. Разница шкалы времени приёмника с системной шкалой времени.

В сумме — четыре неизвестных. Вопреки распространённому заблуждению приёмник определяет координаты не в виде широты, долготы и высоты, а в виде координат в геоцентрической декартовой системе координат с началом в центре масс Земли. В этой же системе рассчитываются координаты навигационных спутников. А уже далее эти координаты пересчитываются в значения B,L,H (широта, долгота, высота) по общепринятым уравнениям. Элементарная математика подсказывает, что для определения четырёх неизвестных необходима система уравнений с четырьмя и более уравнениями. Поэтому минимальное количество видимых спутников должно быть не менее четырех. В определенных случаях есть возможность определения по трём спутникам, но в этом случае вводится математическое уравнение эллипсоида Земли. Из-за того, что реальная форма геоида отличается от эллипсоида, этот метод даст приблизительный результат, в котором данные о высоте можно просто отбросить ввиду их несостоятельности.

В любом случае результатом решения этой системы уравнений будут не только координаты НАП, но и положение системной шкалы времени. Передача точного времени в современном мире не менее актуальна, чем определение координат. И глобальные навигационные системы (ГНСС) позволяет справиться с этой задачей в любой точке Земли с точностью до десятка наносекунд. Другие системы передачи времени выглядят менее предпочтительно по критерию эффективность – стоимость. Мировые лаборатории времени, национальные эталоны времени и частоты (в том числе и наш) сличаются посредством глобальных навигационных систем.

Военные коды

НКА обеих систем излучают сигналы двух видов: стандартной и высокой точности. Стандартный код ГЛОНАСС излучается в обоих частотных диапазонах, а у GPS — только в частотном диапазоне L1. Сигналы высокой точности излучаются во всех частотных обеих систем. Различаются сигналы стандартной и высокой точности примененной кодовой последовательностью. При этом точные сигналы излучаются в более широкой полосе частот и имеют более длинную кодовую последовательность. Это повышает защищенность приемников от помех, повышает точность измерений и затрудняет подавление. Традиционно сигналы высокой точности считаются сигналами военного применения, а стандартные – гражданского. Однако это не совсем так. Изначально кодовые последовательности действительно были засекречены. Однако сегодня структура этого кода известна и даже задокументирована в открытых источниках. Пользуясь этой информацией, производители НАП могут открыто использовать длинные коды для повышения точности измерений. Это ажно и в гражданских областях, включая:

• Геодезию,
• Картографию,
• Строительство,
• Морскую навигацию.
• Авиацию,
• Связь и синхронизация,

И множество других практических областей

В случае военных действий операторы систем могут сменять кодовые последовательности, затрудняя прием сигналов вражеской стороне. Именно алгоритм смены последовательности и является настоящей военной тайной.

Причем манипуляции с навигационным сигналом могут производиться локально, над ограниченными территориями, ухудшая качество и точность измерений на одних территориях и сохраняя их в других регионах.

GPS и ГЛОНАСС: в чем разница

Вначале появилась американская «Система глобального позиционирования», известная как GPS. С небольшим опозданием была введена в эксплуатацию Российская система ГЛОНАСС. На первый взгляд ГЛОНАСС и GPS весьма похожи. Однако, между ними есть принципиальные отличия в баллистическом построении, в реализованных технических решениях и достигнутых характеристиках. Системы хорошо дополняют друг друга, поэтому компании-перевозчики для устойчивого мониторинга транспорта используют обе системы одновременно. Это даёт возможность повысить надёжность и качество отслеживания автомобилей.

Технические отличия навигационных систем

Теоретически предполагалось, что в состав обеих систем должно входить одинаковое количество космических аппаратов — по 24 спутника. Однако, в процессе развертывания и развития количество спутников изменилось. В американской системе довели количество космических аппаратов до тридцати двух. В российской на сегодняшний день 24 спутника и 4 – в резерве.

Российская навигационная система развернута в трёх орбитальных плоскостях высотой 19 400 км по 8 КА в каждой. Американский аналог использует шесть плоскостей с высотой 20200 км. Наклонения, соответственно, составляют 64,8 и 55 градусов. Эти особенности орбитального построения являются причиной того, что ГЛОНАСС работает в более широком диапазоне географических широт.

Также выбранные американцами орбиты требуют постоянной коррекции траектории спутников. Российская система в такой процедуре не нуждается.

Орбитальная группировка ГЛОНАСС

Эксплуатационные различия

Рядовых граждан мало интересуют технические и баллистические особенности построения. Для них определяющее значение имеет точность определения места, где находится объект наблюдения. Благодаря количеству спутников GPS по этому критерию всё еще выглядит предпочтительнее. Погрешность измерения для гражданских потребителей составляет 2-4 метра. У ГЛОНАСС этот же параметр составляет 3-6 м. Однако в крайних северных и южных широтах предпочтение следует отдать российской системе.

Качественный скачок в повышении точности измерений получается при совместном использовании обеих систем. Погрешность измерений при этом лежит в диапазоне 1-1,5 метра.

Дальнейшее совершенствование технологий позволит снизить погрешность измерений да сантиметровых значений.

Управляют навигационными системами оборонные ведомства России и США. Это обозначает, что каждую из них в определенный момент отключить совсем или над определенной территорией, а также могут «загрубить» или исказить результаты навигационных измерений. Вот почему установка ГЛОНАСС оправдана даже тогда, когда на автомобиле (или другом объекте) уже установлен приемник GPS.

Практическое использование

Что такое ГЛОНАСС для обывателя?

Спутниковое позиционирование заняло достойное место в ряду космических технологий повседневного использования, таких как мобильная телефония, метеорология, которые наряду с военным применением оказывают огромное влияние на развитие гражданских отраслей экономики.

Казалось, совсем недавно для поездки по незнакомым дорогам, водитель запасался атласами автодорог различных городов и областей, позднее приобретал навигатор и набор электронных карт. Сегодня же достаточно иметь смартфон, чтобы проложить маршрут движения с учетом сложившейся дорожной обстановки.

Начало массового использования ГЛОНАСС в Российской Федерации можно связать с выходом 25 августа 2008 года, постановления Правительства «Об оснащении транспортных средств аппаратурой ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS». В нем указывались основные этапы развития космического сегмента и навигационной аппаратуры гражданских потребителей.

Символическим этапом внедрения современных технологий на общественном транспорте стало решение правительства об оснащении транспорта города Сочи в преддверии Сочинских Олимпийских игр. Навигационно-связное оборудование установили более, чем на 250 автобусах.

Впоследствии навигационными приборами стала оснащаться коммунальная техника, мусоровозы, транспорт по перевозке пассажиров и опасных грузов. Данные о работе и движении автомобилей указанных групп поступают в региональные навигационно-информационные системы регионов. Такой подход позволил многократно повысить эффективность работы соответствующих предприятий.

Сегодня трудно найти предприятие с автопарком, не оснащенным навигационной аппаратурой.

Контроль транспорта: ГЛОНАСС и GPS-навигация -источник экономии

Компаниям, работающим в отрасли грузовых и пассажирских перевозок, автострахования, безопасности, коммунальных услуг, приходится контролировать использование собственного автопарка. Информация о маршрутах движения, простоях, расходе топлива, скорости движения, нецелевого использования транспортных средств всю эту информацию можно получить в режиме реального времени благодаря спутниковым навигационным технологиям.

Применение космических технологий доступно даже малому бизнесу и помогает сэкономить немало ресурсов.

Что дает контроль транспорта?

Современные системы мониторинга транспорта визуализируют на экране монитора или мобильного устройства маршруты транспортных средств с отметками мест, времени и продолжительности стоянок. Программа указывает время простоя, превышение скорости, определяет объем потребляемого транспортным средством топлива и фиксирует объем заправленного и слитого топлива. Комплекс оповещает оператора о несанкционированном изменении маршрута, нарушении температурного режима или вскрытии контейнеров с грузом.

Облачные технологии делают управление системой мониторинга глобальным: контроль транспорта возможет из любой точки мира, где доступен Интернет. Количество пользователей ограничивается только е администратором.

Основным результатом внедрения технологии будет повышение эффективности работы предприятия путем исключения нецелевого использования автомобилей, воровства топлива, незапланированных простоев, фактов вскрытия грузовых отсеков, нарушения температурного режима при перевозке скоропортящихся продуктов и т.д. Все это может повысить эффективность работы до 30%.

Технологии ГЛОНАСС и GPS в деле контроля транспорта

Алгоритм подключения к сервису спутниковой навигации предельно прост:

1. Приобретаются контроллеры по количеству транспортных средств. В отдельных случаях их может потребоваться больше, чем количество автомобилей. В решении этого вопроса следует положиться на мнение профессионала.
2. В каждый контроллер устанавливается одна или более сим-карт оператора мобильной связи. Несколько карт может понадобиться для оптимизации условий приема и оплаты GPRS – трафика.
3. Производится настройка режима работы каждого контроллера для получения необходимых данных о параметрах автомобиля на заданный адрес в заданном формате с заданной периодичностью.
4. Трекеры устанавливаются на автомобиль и подключаются к его электрической цепи
5. Данные о трекерах и автомобилях вносятся в личный кабинет пользователя мониторинга с аутентификацией по логину и паролю.
6. Настраивается личный кабинет под задачи каждого пользователя.

Самостоятельная установка и настройка оборудования хотя и возможна, но зависит от множества технических деталей, без учета которых возможны ошибки функционирования и даже выход из строя оборудования.