Спутниковая система навигации

Спутник «Navstar-GPS».

Спу́тниковая систе́ма навига́ции (англ. Global Navigation Satellite Systems (GNSS)) — система, предназначенная для определения местоположения (географических координат) наземных, водных и воздушных объектов. Спутниковые системы навигации также позволяют получить скорости и направления движения приёмника сигнала. Кроме того могут использоваться для получения точного времени. Такие системы состоят из космического оборудования и наземного сегмента (систем управления). В настоящее время только две спутниковые системы обеспечивают полное и бесперебойное покрытие земного шара — GPS и ГЛОНАСС.

Принцип работы[ | код]

Принцип работы спутниковых систем навигации основан на измерении расстояния от антенны на объекте (координаты которого необходимо получить) до спутников, положение которых известно с большой точностью. Таблица положений всех спутников называется альманахом, которым должен располагать любой спутниковый приёмник до начала измерений. Обычно приёмник сохраняет альманах в памяти со времени последнего выключения и если он не устарел — мгновенно использует его. Каждый спутник передаёт в своём сигнале весь альманах. Таким образом, зная расстояния до нескольких спутников системы, с помощью обычных геометрических построений, на основе альманаха, можно вычислить положение объекта в пространстве.

Метод измерения расстояния от спутника до антенны приёмника основан на том, что скорость распространения радиоволн предполагается известной (на самом деле этот вопрос крайне сложный, на скорость влияет множество слабопредсказуемых факторов, таких как характеристики ионосферного слоя и пр.). Для осуществления возможности измерения времени распространяемого радиосигнала каждый спутник навигационной системы излучает сигналы точного времени, используя точно синхронизированные с системным временем атомные часы. При работе спутникового приёмника его часы синхронизируются с системным временем, и при дальнейшем приёме сигналов вычисляется задержка между временем излучения, содержащимся в самом сигнале, и временем приёма сигнала. Располагая этой информацией, навигационный приёмник вычисляет координаты антенны. Все остальные параметры движения (скорость, курс, пройденное расстояние) вычисляются на основе измерения времени, которое объект затратил на перемещение между двумя или более точками с определёнными координатами.

Основные элементы[ | код]

Основные элементы спутниковой системы навигации:

Обзор спутниковых систем навигации[ | код]

Исторические системы[ | код]

Действующие спутниковые системы[ | код]

Строящиеся глобальные спутниковые системы[ | код]

Действующие региональные спутниковые системы[ | код]

Применение систем навигации[ | код]

Кроме навигации, координаты, получаемые благодаря спутниковым системам, используются в следующих отраслях:

Основные характеристики систем навигационных спутников[ | код]

параметр, способ СРНС ГЛОНАСС GPS NAVSTAR TEN GALILEO BDS COMPASS
Начало разработки 1976 1973 2001 1983
Первый запуск 12 Октября 1982 22 Февраля 1978 28 Декабря 2005 30 октября 2000
Число НС (резерв) 24 (3) 24 (3) 27 (3) 30 (5)
Число орбитальных плоскостей 3 6 3 3
Число НС в орбитальной плоскости (резерв) 8 (1) 4 9 (1) 9
Тип орбит Круговая (e=0±0.01) Круговая Круговая Круговая
Высота орбиты (расчетная), км 19100 20183 23224 21528
Наклонение орбиты, градусы 64.8±0.3 ~55 (63) 56 ~55
Номинальный период обращения по среднему солнечному времени 11 ч 15 мин 44 ± 5 с ~11 ч 58 мин 14 ч 4 мин. и 42 с. 12 ч 53 мин 24 
Характеристики сигнала FDMA (CDMA планируется) CDMA CDMA CDMA
Способ разделения сигналов НС Кодово-частотный (кодовый на испытаниях) Кодовый Кодово-частотный нет данных
число частот 24 + 12 планируется 2 + 1 планируется 5 2 + 1 планируется
Несущие частоты радиосигналов, МГц L1=1602.5625…1615.5 L2=1246.4375…1256.5

L3= 1207,2420...1201,7430

L1=1575.42

L2=1227.60

L5=1176.45

E1=1575.42 (L1)

E6=1278.750

E5=L5+L3

E5=1191.795 E5A=1176.46 (L5) E5B=1207.14 E6=12787.75

B1=1575,42 (L1)

B2=1191,79 (E5)

B3=1268,52

Период повторения дальномерного кода (или его сегмента) 1 мс 1 мс (С/А-код) нет данных нет данных
Тип дальномерного кода М-последовательность (СТ-код 511 зн.) Код Голда (С/А-код 1023 зн.) М-последовательность нет данных
Тактовая частота дальномерного кода, МГц 0.511 1.023 (С/А-код) 10.23 (P,Y-код) Е1=1.023 E5=10.23 E6=5.115 нет данных
Скорость передачи цифровой информации(соответственно СИ- и D- код) 50 зн/с (50Гц) 50 зн/с (50Гц) 25, 50, 125, 500, 100 Гц 50/100 25/50

500

Длительность суперкадра, мин 2.5 12.5 5 нет данных
Число кадров в суперкадре 5 25 нет данных нет данных
Число строк в кадре 15 5 нет данных нет данных
Система отсчета времени UTC (SU) UTC (USNO) UTC (GST) UTC (BDT)
Система отсчета координат ПЗ-90/ПЗ90.2 WGS-84 ETRF-00 CGCS -2000
Тип эфемирид Геоцентрические координаты и их производные Модифицированные кеплеровы элементы Модифицированные кеплеровы элементы нет данных
Сектор излучения от направления на центр земли ±19 в 0 L1=±21 в 0 L2=±23.5 в 0 нет данных нет данных
Сектор Земли ±14.1 в 0 ±13.5 в 0 нет данных нет данных
Система дифференциальной коррекции СДКМ WAAS EGNOS SNAS
Высокоорбитальные Геосинхронный Сегмент ведутся НИР нет ведутся НИР 3 НС
Геостационарный сегмен ведутся НИР нет ведутся НИР 5 НС

Дифференциальное измерение[ | код]

Отдельные модели спутниковых приёмников позволяют производить т. н. «дифференциальное измерение» расстояний между двумя точками с большой точностью (сантиметры). Для этого измеряется положение навигатора в двух точках с небольшим промежутком времени. При этом, хотя каждое такое измерение имеет погрешность, равную 10-15 метров без наземной системы корректировки и 10-50 см с такой системой, измеренное расстояние имеет погрешность намного меньшую, так как факторы, мешающие измерению (погрешность орбит спутников, неоднородность атмосферы в данном месте Земли и т. д.) в этом случае взаимно вычитаются.

Кроме того, есть несколько систем, которые посылают потребителю уточняющую информацию («дифференциальную поправку к координатам»), позволяющую повысить точность измерения координат приёмника до 10 сантиметров. Дифференциальная поправка пересылается либо с геостационарных спутников, либо с наземных базовых станций, может быть платной (расшифровка сигнала возможна только одним определённым приёмником после оплаты «подписки на услугу») или бесплатной.

На 2009 год имелись следующие бесплатные системы предоставления поправок: американская система WAAS (GPS), европейская система EGNOS (Galileo), японская система MSAS (QZSS)[4]. Они основаны на нескольких передающих поправки геостационарных спутниках, позволяющих получить высокую точность (до 30 см).

Создание системы коррекции для ГЛОНАСС под названием СДКМ завершено к 2016.

Примечания[ | код]

  1. Суворов Е. Ф. Летопись зарождения, развития и первых шагов реализации идеи отечественной спутниковой системы. М.: Кучково поле, 2014. — 232 с, ил. — ISBN 978-5-9950-0389-2.
  2. Актуальный состав группировки КНС ГЛОНАСС
  3. Роскосмос: РН «Союз-СТ-Б» с КА Galilio успешно стартовала с космодрома Куру.
  4. Current and Planned Global and Regional Navigation Satellite Systems and Satellite-based Augmentations Systems / unoosa 2010

Литература[ | код]

Ссылки[ | код]