Система глонасс. Как работает навигационная система gps и глонасс

Как правило, выбор системы, отвечающей за слежение транспорта – ответственный процесс. Некоторые автомобилисты отдают предпочтение ГЛОНАСС, другие GPS. Разработчики каждой из этих систем предоставляют собственный алгоритм сбора и предоставления данных, отличаются особой точностью и надежностью, а также индивидуальными настройками. Какую систему лучше выбрать, поможет определить наша статья, где будут описаны все преимущества и недостатки каждой из них.

Как известно, сегодня и наша страна, и США, и другие государства имеют на орбите спутники. Эти самые аппараты нужны для того чтобы определять текущие координаты автомобиля, наблюдая сверху. Естественно, что на машине должен быть установлен специальный прибор определенной системы. Чем больше у определенной системы спутников, тем точнее она может дать координаты.

Что собой представляет спутниковая система

Любая современная система, будь это ГЛОНАСС или тот же GPS, старается определить местоположение объекта. Каждая система подразумевает наличие специального прибора, посредством которого и определяется местоположение транспортного средства относительно местности. Это навигатор или точнее, навигационная система, которая встраивается в автомобиль. Что делает навигатор? Он взаимодействует со спутниками орбиты Земля, где каждый из них дает навигатору индивидуальный сигнал, чтобы прибор смог отличить один от другого. Современному навигатору, чтобы точнее определить трехмерные пространственные координаты, необходимо получать одновременно данные с четырех спутников.

Если быть более точнее, то навигатору должно быть известно расстояние до этих спутников, чтобы рассчиталось его положение. Навигатор по умолчанию непросто автомобильный прибор, а один из сегментов системы космического позиционирования.

Аппараты на орбите располагаются по особой схеме и называется она альманахом. На основе этой самой схемы и проводятся вычисления. Когда машина движется, то координаты навигатора все время меняются. С этой целью сигнал от спутников постоянно обновляется и расстояние пересчитывается через определенные промежутки времени (несколько секунд). Все это дает преимущество современным системам отслеживать перемещение объекта, в этом случае автомобиля, вычисление его скорости и пройденного пути.

Не стоит говорить о том, что каждый автомобильный штурман, каковым является , держит в своей памяти альманах даже после выключения. Это очень удобно и каждый раз ему не нужно вновь искать их. К тому же, если прибор используется в течение дня, то следующая привязка к спутникам происходит за считанные секунды. «Горячий старт» − именно так называется эта опция, которую частенько рекламируют производители навигаторов. Если навигатор не включался долгое время, то привязка к спутникам займет больше времени (10-20 минут) и уже опция будет называться «холодным стартом».

Итак, ГЛОНАСС или GPS – что лучше? Давайте начнем с истории создания систем и уже затем рассмотрим их преимущества и недостатки.

История

GPS возникла практически сразу же, когда запустили первый спутник земли, кстати советский. Американцы первыми заметили, что сигнал от спутника меняется по мере его перемещения. Благодаря этому удалось создать систему, позволяющую вычислять координаты не только спутника, но и объекта на земле, привязанного к нему.

В 1964 году начинает работу первая в мире навигационная система TRANZIT. Использовали ее тогда только лишь в военных целях. С помощью этой навигации осуществлялся запуск военных ракет с подводных лодок. Но для гражданских целей TRANZIT совершенно не годился. Точность расположения какого-либо объекта, к тому же неподвижного, ограничивалось пятьюдесятью метрами. Про подвижные объекты и не мечтали. К тому же первый в мире навигатор не мог обеспечить непрерывного определения координат, так как, находясь на низкой орбите, был в поле зрения с Земли всего один час.

Уже через три года запускается новый спутник, более усовершенствованный. Располагался он на более высокой орбите – Тиматион-1, а затем запустили еще и второй Тиматион. Эти два спутника объединили и создали систему, которая известна под названием «Навстар». Опять же вначале эта система использовалась, как чисто военная, а с 1993 года было разрешено сделать ее полностью бесплатной, нацеленной лишь на гражданские нужды.

Сегодня система Навстар превосходно функционирует и состоит из 32 спутников, среди которых 24 считаются основными. Орбитальные аппараты системы обеспечивают полное покрытие нашей планеты, но на всякий случай в резерве имеются еще 8. Движутся спутники GPS на немалом расстоянии от земли по нескольким орбитам. Полный оборот вокруг Земли спутник совершает почти за целый день.

Теперь про ГЛОНАСС. Создавалась система еще со времен СССР (как бы ни ругали этот союз недальновидные люди, факт мощи государства опровергнуть никак не возможно). После того как на орбиту вывели искусственный спутник Земли, начались работы по проектированию системы позиционирования.

Первый навигационный спутник с территории Советского Союза был выведен в 1967 году. Он подразумевал всего только один спутник для определения координат, но впоследствии уже была создана целая система, которая оборудовалась приемниками, получающими сигнал. Это был еще не ГЛОНАСС. Называлась она Цикада (гражданский вариант) и Циклон (военный вариант). Система предназначалась для определения координат объектов, терпящих бедствие.

Сама система ГЛОНАСС была выведена в 1982 году. Проходит целых 11 лет и только после этого система вводится в эксплуатацию, уже после развала СССР. Двадцать четыре спутника, среди которых из-за бедственного положения страны в плане экономики, некоторые до сих пор полностью не работают. Именно этот факт и определял в 90-х то, что российская система конкуренцию американской составить не могла. Сегодня, напротив, после запуска целевой программы «ГНС», ГЛОНАСС рассматривается уже, как прямой конкурент.

Группировка спутников ГЛОНАСС – это система двойного назначения, где, в первую очередь, ставятся военные цели. Сегодня задействованы 17 спутников, которые находятся на высоте 19,100 км. Оборот вокруг планеты чуть быстрее, чем у спутников GPS. ГЛОНАСС постоянно модернизируется, и российские разработчики поставили цель – догнать американцев.

Как становится ясно, ГЛОНАСС исторически отставала от американской системы. Но со временем разрыв был сокращен. Эпоха 90-х отрицательно сказалась на ГЛОНАСС, который стал не нужен, ведь в стране тогда бушевал . Система вновь попадает в спячку, откуда ее постепенно вытащили и модернизировали.

Одна голова хорошо, а две еще лучше

Теперь о том, что лучше выбрать? Говоря прямо, рядовому гражданину страны не имеет разницы, какая система применяется его навигатором. И даже не нужно забивать себе голову этим, так как для гражданских лиц оба спутника равнозначны. Как американская, так и российская спутниковая система без ограничений может быть использована автомобилистом. Доступ к ГЛОНАСС, в частности, предоставляется безвозмездно и без ограничений, впрочем, как и для GPS.

Если же рассматривать спутниковые системы с точки зрения военной сферы или государственной, то своя рубашка ближе к телу. В любой момент американцы способны отключить систему, ограничив ее только для своей армии. Так уже было, когда шла первая война в Ираке. Да и власти нашей страны прямо обязывают всех госслужащих пользоваться собственной навигацией, тогда как остальным только рекомендуют. Недавно даже в Думу хотели внести законопроект, запрещающий использование GPS в автомобилях, принадлежащих государственным органам.

С другой стороны, актуальным остается вопрос: какая же система более усовершенствована и лучше? Полезно будет знать россиянам, что шведская компания общенациональной сети спутников официально признала преимущество ГЛОНАСС, ведь в широтах, где располагается их страна, российская система работает эффективнее.

Но, опять же, сегодня любой навигатор или смартфон поддерживает и ГЛОНАСС, и GPS. Поэтому более правильней будет поставить такой вопрос: что лучше, GPS или ГЛОНАСС/GPS? Ответ однозначен, конечно же, второй вариант – спутниковая навигация GPS/ГЛОНАСС, тем более, если речь идет о точности местоопределения. Но имеются у двухсистемных аппаратов и минус – высокая цена, ведь в них установлено два микрочипа. Зато повышается надежность приема сигнала и точность определения координат. Погрешности по долготе и ширине при определении местоположения объекта, если используется двухсистемная навигация, снижается до полутора метров. Для сравнения, если навигатор будет функционировать только на GPS, погрешности составят в среднем 4 метра. У ГЛОНАСС – 6 метров.

Выбор навигатора

Как и было сказано выше, на сегодняшний день отечественных спутников немало, но американских больше. Именно поэтому большая часть навигаторов работает по GPS или же на них используется система GPS/ГЛОНАСС.

Чтобы определиться в выборе навигатора, надо знать, что их принято разделять на три группы, в зависимости от сферы применения и предлагаемым сервисам.

Навигаторы для машин.
Навигаторы для и .
Универсальные туристические навигаторы.

Наша цель ознакомить читателя с автомобильными навигаторами, которые по ассортименту и многочисленности самые популярные.

Главная задача, которую должен решать автомобильный навигатор, это как проложить путь от одной точки до другой. При этом обязательно должны быть задействованы карты, дорожные знаки и т. д. Ниже представлен список того, чем должен обладать хороший навигатор. Используя его, можно подобрать себе хороший и качественный навигатор.

Мощный процессор.
Поддержка сенсорного ввода.
Наличие голосовых подсказок.
Возможность получения информации о пробках.
Возможность .
Необходимые мультимедийные возможности.

Руководствуясь лишь этими параметрами, подобрать для своего автомобиля навигатор не составит особого труда. Что касается , то как и было сказано выше, желательно приобретать устройства, поддерживающие одновременно ГЛОНАСС и GPS.

Российская спутниковая система ГЛОНАСС предназначена для точного определения координат объекта, находящегося над поверхностью Земли. Тем же целям служат две другие похожие системы: GPS (США), Galileo (Евросоюз). Раньше всего начала действовать группировка спутников GPS, затем, в 1993 году, была официально принята в эксплуатацию российская спутниковая система. Сейчас, по состоянию на начало 2015 года, сигнал от спутников ГЛОНАСС уверенно воспринимается в любой точке земного шара. Дальше приводится сравнение двух глобальных навигационных систем, российской и американской.

На территории РФ для осуществления спутникового контроля транспорта допустимо пользоваться любой из указанных систем – GPS или ГЛОНАСС. Наилучшая точность определения координат притом будет получена при использовании сигналов GPS и ГЛОНАСС одновременно.

Навигационные спутники России и США

Применяя каждую из навигационных систем по отдельности, можно рассчитывать на следующие параметры точности:

GPS (координаты): с наземной коррекцией – менее 1 м, реальная точность – 2,6 м (спутники модели KA Bloc IIR).
ГЛОНАСС (координаты): реальная точность – 5-10 м (спутники «Ураган-М»), для спутников «Ураган-К» точность составляет 1-3 м, а с наземной коррекцией среднее значение равно 4,5 м.
GPS (скорость): ошибка может составлять до 10 м/с.
ГЛОНАСС (скорость): ошибка составляет до 15 м/с (спутники «Ураган») либо она не превосходит 0,05 м/с (спутники «Ураган-М»).

С использованием системы ГЛОНАСС мониторинг транспорта осуществляется по тем же алгоритмам, что с применением любых других аналогичных систем. Приемник в абонентском устройстве считывает координаты, блок управления их анализирует и отправляет сообщение по каналу наземной связи (GSM/GPRS).

Так работает спутниковая навигация

Важно знать, что когда автомобиль «теряет» базовую станцию GSM, алгоритм спутниковой навигации перестает функционировать корректно.

Оператор будет видеть на экране неподвижную метку, а в действительности машину могут перемещать. Управляющий блок притом сможет определять координаты по спутникам без ошибок. Но возможность отправлять сообщения у охранной системы будет отсутствовать. Если требуется выполнять слежение в режиме реального времени, необходимо помнить, что спутниковый мониторинг транспорта не может осуществляться без использования сотовой связи.

Абонентские устройства, приемники ГЛОНАСС

Понятно, что любая система мониторинга будет обладать максимальной помехоустойчивостью и точностью, если определение координат в ней ведется по спутникам GPS и ГЛОНАСС одновременно. Группировка спутников GPS начала действовать раньше других и поэтому сначала абонентские устройства воспринимали только сигнал GPS. Затем появились микросхемы, корректно воспринимающие сигналы от спутников ГЛОНАСС. На третьем шаге на рынок вывели универсальные чипы, совместимые с 2-мя или 3-мя информационными протоколами сразу.

Приемник спутникового сигнала NV08C

Среди отечественных разработок, отвечающих последнему требованию, можно назвать микросхему NV08C-MCM-M, выпускаемую с 2009 года.

Универсальный модуль компании Starline

Владелец цифровой сигнализации Starline любой из современных моделей имеет право приобрести и установить дополнительный модуль GSM-связи. Этот модуль выполнен в виде печатной платы, монтируемой внутрь основного блока.

Модульная архитектура Starline

Когда в основной блок будет установлен модуль GSM, дополнительно к специальному разъему подключается блок навигации, наделенный приемником сигналов ГЛОНАСС/GPS:

Навигационный блок Starline

Можно осуществлять спутниковый мониторинг транспорта, не используя при этом охранные функции. В таких случаях подходит более доступное оборудование – маяк Starline М17, отслеживающий координаты и скорость.

Комплектация навигационного маяка

На начальном этапе система мониторинга может быть построена на основе следующего оборудования: навигационные маяки, один сотовый телефон и одно вычислительное устройство с выходом в Интернет. Телефон используется для управления маяками при помощи SMS. Но в действительности, маяк – достаточно примитивное устройство, неспособное отслеживать уровень топлива и некоторые другие параметры. Каждое такое устройство со временем можно заменить более сложным оборудованием – навигационным терминалом либо тахографом. Так можно будет построить, в том числе, действующую систему контроля топлива.

Объяснение понятий терминал и тахограф

В функции спутникового мониторинга автотранспорта может входить контроль следующих параметров: заряд АКБ, уровень топлива в баке и т.д. Помимо координат, все данные могут быть считаны с шины CAN. Если же подключение к CAN-шине вы использовать не собираетесь, можно установить дополнительные датчики, подключив их к единому электронному блоку. В такой блок может быть встроен и модуль навигации.

Тахограф с навигацией, грузовая техника

Если электронный блок может только «запоминать» данные, но не отправлять их по каналу GSM, то устройство называется тахографом. А тахограф, оборудованный действующим GSM-модулем – это терминал.

Любая система контроля транспорта, если в ней используются именно терминалы, может быть дополнена «тревожными кнопками». Водитель нажимает кнопку, и оператор получает сообщение в течение 40-ка секунд.

Схема подключения тревожной кнопки

Понятно, что слежение за транспортом необязательно должно осуществляться в режиме реального времени. Данные можно просто записывать, и анализировать их в конце рабочего дня. Но наличие интерактивного режима несет свои преимущества. Одно из них указано выше (возможность установить «кнопку тревоги»). Право выбора лучше предоставить владельцу.

Казалось бы, не так важно, какая именно система навигации будет использоваться – ГЛОНАСС или GPS.

На грузовики закон требует устанавливать тахографы, но подключать эти устройства к навигационному модулю вовсе не обязательно. Однако продолжение развития программы ЭРА-ГЛОНАСС наводит на определенные мысли. Долгое время, в том числе и в нашей стране, приоритет отдавали навигации по спутникам GPS. Теперь ситуация изменилась кардинально.

Особенности ГЛОНАСС и GPS

Точность определения координат с использованием спутников ГЛОНАСС в 2015 году будет удвоена. Грубо говоря, значение ошибки для большинства случаев понизится до 1,4 метра.

Параметры координат, полученные с навигатора

Когда в зоне видимости абонентского устройства остается менее 3-х космических аппаратов, по назначению не может использоваться ни одна система навигации. Поэтому лучше, чтобы в абонентском оборудовании был смонтирован универсальный модуль, воспринимающий сигналы ГЛОНАСС и GPS одновременно.

Любая система слежения за транспортом, если в ней используется связь GSM, может определять координаты по сигналу базовых станций. Правда, погрешность в таком случае составляет 400-500 м.

Область вероятного нахождения объекта

Режим, о котором идет речь, называется «LBS», а реализован он почти в каждом GSM-терминале. Таким образом, в современных системах мониторинга транспорта используются данные, получаемые из трех источников информации:

Сигнал GPS;
Сигнал ГЛОНАСС;
Радиоволны, исходящие от нескольких станций GSM.

Точность позиционирования, проводимого с использованием глобальной спутниковой навигации, будет повышаться едва ли не ежегодно. Погрешность для российской системы в 2020 году станет равна 0,6 м. Можно сделать вывод, что применение спутникового мониторинга автотранспорта на практике – это перспективная технология, которая будет востребована в будущем. А правильно использовать новые технологии должен уметь каждый.

Следящее оборудование и методы обмана

Автомобильный или туристический навигатор уже давно стал привычным делом для многих водителей и любителей путешествовать. О том, какие преимущества получает человек, у которого на переднем стекле установлен навигатор, говорить не нужно - это умное устройство само подберет оптимальный маршрут, подскажет когда начинать перестраиваться и сколько осталось до ближайшего перекрестка. Благодаря такой функции, как «Дорожные пробки», вы всегда будете знать, по каким маршрутам в данный момент лучше не ехать.

Говорить можно еще много обо всех этих умных опциях, однако мало кто задумывается над тем, какой труд прошлось проделать конструкторским бюро, полчищам инженеров и ученых, чтобы вы могли спокойно ездить даже по незнакомым вам маршрутам и городам.

ГЛОНАСС — Глобальная навигационная спутниковая система

На сегодняшний день есть две глобальных навигационных системы - ГЛОНАСС и GPS. Еще можно вспомнить китайскую региональную навигационную систему Бэйдоу, которая покрывает территорию Китая, Монголии, Индии, Кореи и часть Юго-Восточной Азии, также она немного затрагивает Русский Дальний Восток, Японию, Пакистан и Казахстан.

Готовится к запуску еще ряд региональных программ, например более продвинутая китайская «Компасс» или европейская «Галилео».

Уже давно ведется спор о том, какая из этих систем более точная и надежная. . В принципе, все эти системы геопозиционирования работают по одной схеме, благодаря эффекту допплеровского смещения, а качество приема и точность показаний зависят от количества спутников на орбите.

Мы можем сказать только одно - американская GPS покрывает весь Земной Шар, потому что на орбите на 2013 год был 31 навигационный спутник.

ГЛОНАСС стремится к такому показателю и планируется, что между 2015-2017 годами догонит его и по точности и по площади покрытия. На данный же момент численность спутников составляет 24 штуки, при этом их орбиты ориентированы таким образом, чтобы сигнал лучше всего принимался на территории России.

Планируется также, что ГЛОНАСС и Бэйдоу объединят свои усилия, то есть площадь покрытия и точность увеличатся в разы.

История ГЛОНАСС

Началом создания проекта глобальных систем геопозиционирования можно считать 1957 год, когда был запущен первый советский Спутник. Правда, открытие принадлежит американцам, поскольку они следили за сигналами со Спутника и обнаружили, что благодаря эффекту Допплера можно определить, приближается ли к вам спутник или отдаляется.

Обычно данный эффект описывают так: достаточно просто определить по звуку свистка поезда, в каком направлении он движется - к вам или от вас.

Эффект Допплера в свое время помог известному астроному Эдвину Хабблу установить, что наша Вселенная состоит из сотен миллиардов галактик, которые разлетаются в разные стороны и Вселенная расширяется.

Понятно, что размышлять о судьбах Вселенной, Большом Взрыве и братьях по разуму очень занимательно, но открытием воспользовались военные желающие создать систему, которая помогла бы определить точное местонахождения любого объекта на поверхности Земли. И американцы и Советы принялись вести исследования в данном направлении. Программа США начала реализоваться в 60-х, в то же время, что и в СССР.

Первый спутник будущей системы ГЛОНАСС был запущен в 1982 году, а к 1991 году это уже была вполне работоспособная система, насчитывающая 12 спутников. Но с падением СССР проект отошел на второй план и на орбите в рабочем состоянии оставалось всего 6 космических аппаратов.

Ну и только с приходом Путина было решено возобновить программу, а в 2007 году уже можно было покупать навигаторы, которые работают как с GPS так и с ГЛОНАСС. В принципе Россия не сильно отстала от США, так как GPS-навигаторы для авто появились только в 2005 году. Хотя военные обеих стран пользовались системами геопозиционирования задолго до того, как они стали доступны широкой общественности.

Следующим шагом в глобальном продвижении ГЛОНАСС стало появление смартфонов, работающих с этой системой. Начиная с iPhone 4S Apple сделала доступной ГЛОНАСС для покупателей. Поддерживают ГЛОНАСС Samsung Galaxy, HTC One, Nokia (а потом и Microsoft Lumia), Sony Xperia, LG, Huawei, Xiaomi, Garmin eTrex и десятки других.

Что точнее GPS или ГЛОНАСС?

Если речь идет о сверх точном определении координат, то обе системы не являются идеальными. Результаты многочисленных испытаний в разных уголках Планеты, показывают, что ГЛОНАСС все же отстает:

ГЛОНАСС - погрешность составляет 3-6 метра;
GPS - 2-4 метра.

Однако, для автолюбителей такие ошибки не являются слишком уж важными, к тому же навигаторы, предлагаемые в России и Европе, работают с обеими системами, из-за чего их точность возрастает, поскольку одновременно в зоне видимости приемника находится от 12-ти до 15-ти космических аппаратов.

Точность же во многом зависит от количества каналов приема самого навигатора, которое в идеале должно составлять 60, при этом устройство может одновременно ловить сигнал от 12 спутников, плюс сигналы отражающиеся от различных поверхностей.

То есть говорить о том, какая система точнее, сегодня не так уж и важно. Но не стоит забывать о том, что данными системами пользуются военные, и поэтому и в GPS и в ГЛОНАСС предусмотрено 2 уровня сигналов:

общедоступные, рассчитанные на гражданских пользователей;
шифрованные - используются для нужд армии.

Еще один важный момент. Благодаря тому, что ГЛОНАСС спутники находятся на более высоких орбитах, более точное местоопределение получается в северных широтах. Данный факт был подтвержден в Швеции: «Из-за высокой орбиты наше оборудование лучше видит ГЛОНАСС, чем GPS».

Ну и кроме всего прочего, правительство Российской Федерации поддерживает свою систему геопозиционирования тем, что требует устанавливать модули ГЛОНАСС на пассажирские транспортные средства.

Планируется, что к 2017 году ГЛОНАСС догонит своего американского конкурента по точности. Количество спутников будет доведено до 32, что сделает данную систему полностью автономной в любой точке Земного шара. Добиться большей точности можно будет за счет запуска спутников на высокоэллиптические и геосинхронные орбиты.

К 2020 году погрешность в определении координат будет составлять всего лишь 80 сантиметров. Понятно, что такая точность водителям абсолютно не нужна, зато военные получат массу преимуществ перед своим воображаемым противником.

Хочется надеяться, что ГЛОНАСС, как GPS и все остальные подобные системы будут использоваться только в мирных целях.

Видео, о том как работают навигационные системы, в том числе и ГЛОНАСС.

Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС

Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС предназначена для определения местоположения, скорости движения, а также точного времени морских, воздушных, сухопутных и других видов потребителей.

История развития ГЛОНАСС

Развитие отечественной навигационной спутниковой системы, как принято считать, началось с запуска в Советском Союзе 4 октября 1957 года первого искусственного спутника Земли. Использовать спутники для навигации в 1957 году впервые предложил проф. В.С. Шебшаевич. Эта возможность была открыта им при исследовании приложений радиоастрономических методов в пилотировании самолетов. После этого в целом ряде советских институтов были проведены исследования, посвященные вопросам повышения точности навигационных определений, обеспечения глобальности, круглосуточного применения и независимости от погодных условий. Все они были использованы в 1963 году во время проведения опытно-конструкторских работ по созданию первой отечественной низкоорбитальной системы «Цикада». 27 ноября 1967 года на орбиту был выведен первый навигационный отечественный спутник «Космос-192» (КА «Циклон»).Он обеспечивал непрерывное излучение радионавигационного сигнала на частотах 150 и 400 МГц в течение всего времени активного существования.

Система «Цикада» была сдана в эксплуатацию в составе четырех спутников в 1979 году. Навигационные спутники были выведены на круговые орбиты высотой 1000 км, с наклонением 83° и равномерным распределением плоскостей вдоль экватора. Система позволяла потребителю в среднем через каждые 1,5–2 часа входить в радиоконтакт с одним из спутников и определять плановые координаты своего места при продолжительности навигационного сеанса до 5-6 минут. Навигационная система «Цикада» использовала беззапросные измерения дальности от потребителя до навигационных спутников. Наряду с совершенствованием бортовых систем спутника и корабельной навигационной аппаратуры серьезное внимание было уделено вопросам повышения точности определения и прогнозирования параметров орбит навигационных спутников.

В дальнейшем спутники системы «Цикада» были дооборудованы приемной измерительной аппаратурой обнаружения терпящих бедствие объектов, которые оснащаются специальными радиобуями. Эти сигналы принимаются спутниками системы «Цикада» и ретранслируются на специальные наземные станции, где производится вычисление точных координат аварийных объектов (судов, самолетов и др.). Дооснащенные аппаратурой обнаружения терпящих бедствие спутники «Цикада» образуют системы «Коспас». Совместно с американо-франко-канадской системой «Сарсат» они входят в единую службу поиска и спасения.

Успешная эксплуатация низкоорбитальных спутниковых навигационных систем морскими потребителями привлекла широкое внимание к спутниковой навигации. Возникла необходимость создания универсальной навигационной системы, удовлетворяющей требованиям всех потенциальных потребителей: авиации, морского флота, наземных транспортных средств и космических кораблей. Выполнить требования всех указанных классов потребителей низкоорбитальные системы в силу принципов, заложенных в основу их построения, не могли. Перспективная навигационная спутниковая система второго поколения должна была обеспечить потребителю в любой момент времени возможность определять три пространственные координаты, вектор скорости и точное время.

Была выбрана структура спутниковой системы: высота орбиты навигационных спутников составила 20 тыс. км, их общее количество – 24 аппарата. Были решены две проблемы создания высокоорбитальной навигационной системы. Первая проблема - взаимная синхронизация спутниковых шкал времени с точностью до миллиардных долей секунды (наносекунд). Эта проблема была решена с помощью установки на спутниках высокостабильных бортовых цезиевых стандартов частоты с относительной нестабильностью 1*10 -13 и наземного водородного стандарта с относительной нестабильностью 1* 10 -14 , а также создания наземных средств сличения шкал с погрешностью 3-5 нс. Второй проблемой было высокоточное определение и прогнозирование параметров орбит навигационных спутников. Ее решили, учитывая факторы второго порядка малости, таких как световое давление, неравномерность вращения Земли и движение ее полюсов, а также исключая действия на спутник в полете реактивных сил, вызванных не герметичностью двигательных установок и газоотделением материалов покрытий.

Летные испытания высокоорбитальной отечественной навигационной системы, получившей название ГЛОНАСС , были начаты в октябре 1982 года запуском спутника «Космос-1413». Система ГЛОНАСС была принята в опытную эксплуатацию в 1993 году. В 1995-м развернута орбитальная группировка полного состава (24 спутника) и начата штатная эксплуатация. Система позволяет обеспечить непрерывную глобальную навигацию всех типов потребителей с различным уровнем требований к качеству навигационного обеспечения.

Сокращение финансирования космической отрасли в 1990-х годах привело к деградации орбитальной группировки ГЛОНАСС , снижению ее выходного эффекта. В 2001 году в целях сохранения и развития системы Президентом и Правительством РФ утвержден ряд директивных документов, основным из которых является федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система».

Генеральный конструктор глобальной навигационной системы ГЛОНАСС - Сергей Николаевич Карутин (ТАСС, 21.09.2015).

Структура ГЛОНАСС

Система ГЛОНАСС в расширенной конфигурации включает в себя следующие составные части:

Космический комплекс системы ГЛОНАСС, состоящий из орбитальной группировки, средств выведения, наземного комплекса управления.
Функциональные дополнения, включая широкозонную систему функционального дополнения ГНСС – систему дифференциальных коррекций и мониторинга, а также региональные и локальные системы мониторинга и дифференциальной навигации.
Система высокоточной апостериорной эфемеридно-временной информации.
Средства фундаментального обеспечения ГЛОНАСС – системы оперативного определения параметров вращения и ориентации Земли, системы формирования государственной шкалы всемирного скоординированного времени, геодезической основы РФ.
Навигационная аппаратура потребителей для гражданского и специального применения.

Головная организация по развитию и использованию системы ГЛОНАСС - АО «Российские космические системы».
Головная организация по космическому комплексу ГЛОНАСС - АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва».
Оператор государственной автоматизированной информационной системы «ЭРА-ГЛОНАСС» - АО «ГЛОНАСС».
Федеральный сетевой оператор в сфере навигационной деятельности - НП «ГЛОНАСС».
Оперативный круглосуточный мониторинг и подтверждение характеристик навигационного поля ГЛОНАСС осуществляет Информационно-аналитический центр координатно-временного и навигационного обеспечения ФГУП ЦНИИмаш.

Состав системы ГЛОНАСС

Система ГЛОНАСС состоит из трех подсистем:

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

Подсистема космических аппаратов системы ГЛОНАСС состоит из 24-х спутников, находящихся на круговых орбитах высотой 19100 км, наклонением 64,8° и периодом обращения 11 часов 15 минут в трех орбитальных плоскостях. Орбитальные плоскости разнесены по долготе на 120°. В каждой орбитальной плоскости размещаются по 8 спутников с равномерным сдвигом по аргументу широты 45°. Кроме этого, в плоскостях положение спутников сдвинуты относительно друг друга по аргументу широты на 15°. Такая конфигурация ПКА позволяет обеспечить непрерывное и глобальное покрытие земной поверхности и околоземного пространства навигационным полем. Как правило, требуется, чтобы в зоне видимости потребителя находились не менее 3-5 навигационных космических аппаратов (НКА). Кроме действующих НКА, на орбите находятся резервные спутники, которые могут быть оперативно введены для замены вышедших из строя.

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

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

Принцип работы

Спутники системы ГЛОНАСС непрерывно излучают навигационные сигналы двух типов: навигационный сигнал стандартной точности (СТ) в диапазоне L1 (1,6 ГГц) и навигационный сигнал высокой точности (ВТ) в диапазонах L1 и L2 (1,2 ГГц). Информация, предоставляемая навигационным сигналом СТ, доступна всем потребителям на постоянной и глобальной основе и обеспечивает, при использовании приемников ГЛОНАСС , возможность определения:

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

Точности определения можно значительно улучшить, если использовать дифференциальный метод навигации и/или дополнительные специальные методы измерений.

Для определения пространственных координат и точного времени требуется принять и обработать навигационные сигналы не менее чем от 4-х спутников ГЛОНАСС . При приеме навигационных радиосигналов ГЛОНАСС приемник, используя известные радиотехнические методы, измеряет дальности до видимых спутников и измеряет скорости их движения.

Одновременно с проведением измерений в приемнике выполняется автоматическая обработка содержащихся в каждом навигационном радиосигнале меток времени и цифровой информации. Цифровая информация описывает положение данного спутника в пространстве и времени (эфемериды) относительно единой для системы шкалы времени и в геоцентрической связанной декартовой системе координат. Кроме того, цифровая информация описывает положение других спутников системы (альманах) в виде кеплеровских элементов их орбит и содержит некоторые другие параметры. Результаты измерений и принятая цифровая информация являются исходными данными для решения навигационной задачи по определению координат и параметров движения. Навигационная задача решается автоматически в вычислительном устройстве приемника, при этом используется известный метод наименьших квадратов. В результате решения определяются три координаты местоположения потребителя, скорость его движения и осуществляется привязка шкалы времени потребителя к высокоточной шкале Универсального координированного времени (UTC).

«ЭРА-ГЛОНАСС»

Система «ЭРА-ГЛОНАСС» – отечественный комплекс оперативного реагирования на дорожные происшествия, призванный в автоматическом режиме оповещать службы спасения о произошедших на автотрассах ДТП. Внедрение системы помогает:

улучшить ситуацию на дорогах;
снизить число автоаварий со смертельным исходом;
ускорить прибытие на место происшествия спасателей, медиков и автоинспекторов;
обезопасить перевозку пассажиров и грузов.

В опытную эксплуатацию система была запущен в 2014 году. На январь 2018 года устройством оснащены около 1,5 млн автомобилей (по данным официального сайта оператора системы – АО «ГЛОНАСС»).

С 2018 года прекращается государственное финансирование оператора системы «ЭРА – ГЛОНАСС». АО «ГЛОНАСС» полностью перешел на самоокупаемость.

Запуски

1982 - 1993 гг. 53 космических аппарата (КА) ГЛОНАСС, космодром "Байконур"
1994 - 1995 гг. 18 КА ГЛОНАСС
1996 - 1997 гг. запуски не производились
25 декабря 2002 г. 3 КА ГЛОНАСС
10 декабря 2003 г. 2 КА ГЛОНАСС и 1 КА ГЛОНАСС-М
26 декабря 2004 г. 2 КА ГЛОНАСС и 1 КА ГЛОНАСС-М
25 декабря 2005 г. 1 КА ГЛОНАСС и 2 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", ракета-носитель (РН) "Протон-К". Результат успешный
25 декабря 2006 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", РН "Протон-К". Результат успешный
26 октября 2007 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, комодром "Байконур", РН "Протон-К". Результат успешный
25 декабря 2007 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", РН "Протон-К". Результат успешный
25 сентября 2008 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", РН "Протон-М". Результат успешный
25 декабря 2008 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", РН "Протон-М". Результат успешный
02 марта 2010 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", РН "Протон-М". Результат успешный
02 сентября 2010 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", РН "Протон-М". Результат успешный
05 декабря 2010 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", РН "Протон-М". Аварийный пуск
26 февраля 2011 г. 1 КА ГЛОНАСС-К, космодром "Плесецк", РН "Союз-2-1Б". Результат успешный
04 ноября 2011 г. 1 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур", РН "Протон-М". Результат успешный
26 апреля 2013 г. 1 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Плесецк", РН "Союз-2-1Б". Результат успешный
02 июля 2013 г. 3 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Байконур". РН "Протон-М". Аварийный пуск
24 марта 2014 г. 1 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Плесецк". РН "Союз-2.1б". Результат успешный
14 июня 2014 г. 1 КА ГЛОНАСС-М, космодром "Плесецк". РН "Союз-2.1б". Результат успешный
01 декабря 2014 г. 1 КА ГЛОНАСС-К, космодром "Плесецк". РН "Союз-2.1б". Результат успешный
07 февраля 2016 г. 1КА ГЛОНАСС-М, космодром "Плесецк". РН "Союз-2.1б". Результат успешный
29 мая 2016 г. 1КА ГЛОНАСС-М, космодром "Плесецк". РН "Союз-2.1б". Результат успешный
22 сентября 2017 г. 1КА ГЛОНАСС-М, космодром "Плесецк". РН "Союз-2.1б". Результат успешный
17 июня 2018 г. 1КА ГЛОНАСС-М, космодром "Плесецк". РН "Союз-2.1б". Результат успешный
3 ноября 2018 г. 1КА ГЛОНАСС-М, космодром "Плесецк". РН "Союз-2.1б". Результат успешный

Применение ГНСС ГЛОНАСС

Основные направления применения ГЛОНАСС на транспорте:

сухопутная навигация
автомобильный и железнодорожный транспорт
морская навигация
аэронавигация
навигация в космосе

По мере совершенствования глобальных навигационных спутниковых систем появляются новые области их применения, которые, в свою очередь, требуют дальнейшего повышения точности, доступности, оперативности и надежности навигационных услуг:

организация дорожного движения, в том числе по платным дорогам, оплата парковок, анализ дорожно-транспортных происшествий, определение страховых случаев, организация автоматического управления дорожной, строительной и сельскохозяйственной техникой, контроль «деформации» инженерных сооружений, синхронизация систем связи, банковских систем осуществления транзакций, энергетических систем, систем транспортировки нефти и газа, высокоточный мониторинг движения земной поверхности, фундаментальные научные исследования и многое другое.

ГЛОНАСС сегодня

На сегодняшний день космическая группировка системы ГЛОНАСС работает в составе 24 космических аппарата; 23 - это прежнее поколение «Глонасс-М», и один аппарат – это «Глонасс-К» нового поколения. На земле работают шесть аппаратов, то есть в случае необходимости можно дополнять группировку необходимым количеством.

С 2019 года планируется вводить еще одно новое поколение спутника – «Глонасс-К2». Глонасс-К2 будет отличаться от предшественников большей точностью определения пользователями своих координат, достигнутой благодаря новейшим хронометрам и новым типом сигналов с кодовым разделением (CDMA), которые будут передаваться на трёх частотах L-диапазона (L1, L2 и L3). Также планируется поддержка Коспас-Сарсат .

На текущий момент орбитальная группировка состоит из 26 КА, из которых:

24 КА используются по целевому назначению
0 КА на этапе ввода в систему
0 КА временно выведен на техническое обслуживание
0 КА находятся на исследовании Главного конструктора системы
1 КА находится в орбитальном резерве
1 КА находится на этапе лётно-конструкторских испытаний

При этом 14 спутников из группировки работают за пределами срока активного существования, еще 4 спутника преодолеют рубеж в ближайшие полтора месяца.

Система ГЛОНАСС является крупнейшим навигационным комплексом, который позволяет отслеживать местоположение различных объектов. Проект, запущенный в 1982 г., по сей день активно развивается и совершенствуется. Причем работа ведется как над техническим обеспечением ГЛОНАСС, так и над инфраструктурой, позволяющей использовать систему все большему количеству людей. Так, если первые годы существования комплекса навигация посредством спутников использовалась преимущественно в решении военных задач, то сегодня ГЛОНАСС - это технологичный инструмент позиционирования, который стал обязательным в жизнедеятельности миллионов гражданских пользователей.

Глобальные системы спутниковой навигации

Ввиду технологической сложности глобального спутникового позиционирования на сегодняшний день полностью соответствовать этому названию могут лишь две системы - ГЛОНАСС и GPS. Первая является российской, а вторая - плодом американских разработчиков. С технической точки зрения ГЛОНАСС - это комплекс специализированного аппаратного оснащения, расположенного и на орбите, и на земле.

Для связи со спутниками используются специальные датчики и приемники, считывающие сигналы и формирующие на их основе данные о местоположении. Для расчета временных параметров применяются специальные Они служат для определения положения объекта с учетом трансляции и обработки радиоволн. Сокращение погрешностей позволяет обеспечивать более достоверный расчет параметров позиционирования.

Функции спутниковой навигации

В спектр задач глобальных систем спутниковой навигации входит определение точного местоположения наземных объектов. Помимо географического положения, глобальные навигационные спутниковые системы позволяют учитывать время, путь следования, скорость и другие параметры. Реализуются эти задачи посредством спутников, находящихся в разных точках над земной поверхностью.

Применение глобальной навигации используется не только в транспортной отрасли. Спутники помогают в поисково-спасательных операциях, выполнении геодезических и строительных работ, а также без них не обходится координация и обслуживание других космических станций и аппаратов. Военная отрасль также не остается без поддержки системы подобных целей обеспечивает защищенный сигнал, предназначенный специально для авторизованной аппаратуры Министерства обороны.

Система ГЛОНАСС

Полноценную работу система начала лишь в 2010 г., хотя попытки ввести комплекс в активную работу предпринимались с 1995 г. Во многом проблемы были связаны с низкой долговечностью используемых спутников.

На данный момент ГЛОНАСС - это 24 спутника, которые работают в разных точках орбиты. В целом навигационную инфраструктуру можно представить тремя компонентами: управляющий комплекс (обеспечивает контроль группировки на орбите), а также навигационные технические средства пользователей.

24 спутника, каждый из которых имеет свою постоянную высоту, распределены на несколько категорий. На каждое полушарие приходится по 12 спутников. Посредством спутниковых орбит над поверхностью земли формируется сетка, за счет сигналов которой определяются точные координаты. Помимо этого, спутниковый ГЛОНАСС имеет и несколько резервных объектов. Они также находятся каждый на своей орбите и не бездействуют. В круг их задач входит расширение покрытия над конкретным регионом и замена выходящих из строя спутников.

Система GPS

Американский аналог ГЛОНАСС - это система GPS, которая начинала свою работу также в 1980-е, но только с 2000 года точность определения координат сделал возможным ее широкое распространение среди потребителей. На сегодняшний день спутники gps гарантируют точность до 2-3 м. Задержка в развитии возможностей навигации долгое время была обусловлена ограничениями позиционирования искусственного характера. Тем не менее их снятие позволило с максимальной точностью определять координаты. Даже при условии синхронизации с миниатюрными приемниками достигается результат, соответствующий ГЛОНАСС.

Отличия между ГЛОНАСС и GPS

Между навигационными системами выделяется несколько отличий. В частности, есть разница в характере расстановки и движении спутников на орбитах. В комплексе ГЛОНАСС они движутся по трем плоскостям (по восемь спутников на каждую), а в системе GPS предусматривается работа в шести плоскостях (примерно по четыре на плоскость). Таким образом, российская система обеспечивает более широкий охват наземной территории, что отражается и в более высокой точности. Однако на практике краткосрочная «жизнь» отечественных спутников не позволяет использовать весь потенциал системы ГЛОНАСС. GPS, в свою очередь, поддерживает высокую точность за счет избыточного количества спутников. Тем не менее российский комплекс регулярно вводит новые спутники, как для целевого использования так и в качестве резервной поддержки.

Также применяются разные методы кодирования сигнала - американцы используют код CDMA, а в ГЛОНАСС - FDMA. При расчете приемниками данных для позиционирования российская спутниковая система предусматривает более сложную модель. В результате для использования ГЛОНАСС необходимо высокое потребление энергии, что отражается в габаритах устройств.

Что позволяют возможности ГЛОНАСС?

Среди базовых задач системы — определение координат объекта, способного взаимодействовать ГЛОНАСС. GPS в этом смысле выполняет схожие задачи. В частности, рассчитываются параметры движения наземных, морских и воздушных объектов. За несколько секунд транспортное средство, обеспеченное соответствующим навигатором может вычислить характеристики собственного движения.

При этом использование глобальной навигации уже стало обязательным для отдельных категорий транспорта. Если в 2000-х распространение спутникового позиционирования относилось к контролю определенных стратегических объектов, то сегодня приемниками снабжаются морские и авиационные суда, общественный транспорт и т. д. В скором будущем не исключено и обязательное обеспечение ГЛОНАСС-навигаторами всех частных автомобилей.

Какие устройства работают с ГЛОНАСС

Система способна обеспечивать непрерывное глобальное обслуживание всех без исключения категорий потребителей независимо от климатических, территориальных и временных условий. Как и услуги системы GPS, ГЛОНАСС навигатор предоставляется бесплатно и в любой точке планеты.

Среди устройств, которые имеют возможность приема спутниковых сигналов, значатся не только бортовые навигационные средства и GPS-приемники, но также и сотовые телефоны. Данные о местоположении, направлении и скорости движения отправляются на специальный сервер по сетям GSM-операторов. В использовании возможностей спутниковой навигации помогает специальная программа ГЛОНАСС и различные приложения, которые занимаются обработкой карт.

Комбинированные приемники

Территориальное расширение спутниковой навигации обусловило сращивание двух систем с точки зрения потребителя. На практике устройства ГЛОНАСС нередко дополняются GPS и наоборот, что повышает точность позиционирования и временных параметров. Технически это реализуется посредством двух датчиков, интегрированных в один навигатор. На основе этой идеи и производятся совмещенные приемники, работающие одновременно с системами ГЛОНАСС, GPS и сопутствующей аппаратурой.

Кроме повышения точности определения такой симбиоз делает возможным отслеживание местоположения, когда спутники одной из систем не улавливаются. Минимальное количество орбитальных объектов, «видимость» которых требуется для работы навигатора, составляет три единицы. Так, если, например, программа ГЛОНАСС становится недоступной, то на помощь придут спутники gps.

Другие системы спутниковой навигации

Разработкой проектов, схожих по масштабам с ГЛОНАСС и GPS, занимается Европейский союз, а также Индия и Китай. планирует реализовать систему Galileo, состоящую из 30 спутников, что позволит добиться непревзойденной точности. В Индии планируется запуск системы IRNSS, работающей посредством семи спутников. Навигационный комплекс ориентируется на внутригосударственное использование. Система Compass от китайских разработчиков должна состоять из двух сегментов. Первый будет включать 5 спутников, а второй - 30. Соответственно, авторы проекта предполагают два формата обслуживания.