Понятие о навигационной аппаратуре потребителя

Спутниковые навигационные системы реализуют способ определения координат объектов методом пространственной линейной засечки. В качестве визирных устройств с известными координатами используются навигационные спутники, а в качестве устройства для измерения координат – антенна с электронным вычислительным блоком (приёмник). Практическая реализация данного метода стала возможной благодаря созданию микрокомпьютеров и передовой технологии радиоэлектроники, обеспечивающей приём довольно слабых сигналов от спутников на небольшие по размерам антенны. Размер современных GPS-приёмников не превышает размера микрокалькуляторов. Для обеспечения решения обратной засечки необходимо, чтобы на околоземной орбите находилось не менее 18 спутников. Такое количество спутников позволяет наблюдать в любой точке земного шара одновременно не менее четырех спутников. Требуемая высокая стабильность и точность пространственных координат спутников обеспечивается постоянным контролем за их орбитами сетью наземных станций, над которыми каждый спутник пролетает не реже двух раз в сутки.

Достоинством спутниковых систем позиционирования является их глобальность, оперативность, всепогодность, оптимальная точность, эффективность. Используют их в геодезии, картографии, географии, землеустройстве, сельском хозяйстве, авто-, авиа-, морской навигации, в иных сферах. Многие фирмы («Magellan», «Ashtech», «Rockwell», «Trimble Navigation» (США), «Leica Geosystems» (Швейцария), «Carl Zeiss» (Германия)) выпускают приёмники позиционирования, специально ориентированные на сбор данных для ГИС.

Среднеорбитные спутниковые навигационные системы GPS. С разработкой в 1960 г. атомных часов стало возможным использовать для целей навигации сеть точно синхронизированных передатчиков кодированных сигналов. В 1964 г. ВВС США начали разработку и испытания возможностей использования для местоопределения широкополосных сигналов, модулированных псевдослучайными шумовыми кодами. В 1973 г. программы ВВС были объединены в общую технологическую программу «Навстар-GPS». Но полностью система оказалась развернутой только в 1995 г. Сегодня в составе GPS (Global Positioning System - глобальная система позиционирования) находится более 30 искусственных спутников Земли. Около 100 компаний производят 600 типов приемной аппаратуры, которая используется в самых различных отраслях человеческой деятельности: от авиации и транспорта до строительства и земледелия. Мировой рынок продаж продукции, связанной с системой GPS, составляет около $20 млрд.

Система GPS предназначена для высокоточного определения трех координат места, составляющих векторы скорости и времени различных подвижных объектов. США предоставляют систему в стандартном режиме для гражданского, коммерческого и научного использования без взимания за это специальной платы. Космический сегмент образован орбитальной группировкой из 31 космического аппарата, которые находятся на шести круговых орбитах высотой около 20 тыс. км. Период обращения космических аппаратов – 12 ч.

Спутниковые навигационные системы ГЛОНАСС. Летные испытания среднеорбитальной отечественной навигационной системы начались в октябре 1982 г. запуском спутника «Космос 1413». В 1995 году было завершено развертывание СНС ГЛОНАСС до ее штатного состава – 24 космических аппаратов.

Систему ГЛОНАСС можно по праву назвать достоянием России, так как позволить себе что-либо подобное смогли только две страны мира – США и Россия. К сожалению, российские космические аппараты обладали меньшим временем функционирования на орбите, чем американские, поэтому в условиях слабого финансирования парк спутников системы ГЛОНАСС сократился до 10…12 единиц, притом, что минимально необходимое количество КА на орбите для надежного определения места объектов составляет 18 КА. Дело усугубляло отсутствие доступных широкому потребителю приемников российского производства. В результате США извлекали прибыль из аналогичной системы GPS, а Россия несла убытки. В последние годы ситуация начала меняться к лучшему: на орбиту выводятся российские КА с повышенным сроком службы (7…9 лет); до 2007 г. было принято решение довести космическую группировку до минимально необходимых 18 КА; налаживается у нас и производство приемной аппаратуры.

Основное назначение СНС второго поколения ГЛОНАСС – обеспечение глобальной оперативной навигации приземных подвижных объектов: наземных (сухопутных, морских, воздушных) и низкоорбитальных космических, чтобы любой объект (корабль, самолет, автомобиль или просто пешеход) в любом месте приземного пространства в любой момент времени был способен всего за несколько секунд определить параметры своего движения – три координаты и три составляющие вектора скорости.

В ГЛОНАСС применяются КА на круговых геоцентрических орбитах с высотой 19100 км над поверхностью земли. Период обращения КА – 11 ч 15 мин. Благодаря использованию в бортовых эталонах времени и частоты КА атомных стандартов частоты в системе обеспечивается взаимная синхронизация радиосигналов, излучаемых орбитальной группировкой. На подвижном объекте принимаются сигналы не менее чем от четырех радиовидимых спутников и используются для измерения не менее четырех псевдодальностей и радиальных псевдоскоростей. Результаты измерений и «эфемеридная информация», принятая от каждого КА, позволяют определить три координаты и три составляющие вектора скорости, а также смещение шкалы времени объекта относительно шкалы времени КА.

Точность определения координат объектов. Принципиально точность определения координат объектов с помощью СНС GPS и ГЛОНАСС примерно одинакова. Сигналы в системе GPS излучаются на частоте 1227 и 1575 МГц, а ГЛОНАСС – 1250 и 1600 МГц и кодируются для организации так называемого «селективного (избирательного) доступа». Оба сигнала используют два кода. Первый из них в GPS называется «легко обнаруживаемый», а в ГЛОНАСС – «стандартной точности». Второй код в GPS называется «закрытый» (в ГЛОНАСС – «высокой точности») и предназначен для санкционированного использования.

Пытаясь сделать GPS безальтернативной спутниковой навигационной системой для пользователей всего мира, 1 мая 2000 г. пресс-служба Белого дома опубликовала заявление о прекращении использования режима селективного доступа к национальной СНС GPS, однако власти США сохранили за собой право по своему усмотрению избирательно восстанавливать его на региональной основе. СКП определения координат объектов с помощью обеих СНС GPS и ГЛОНАСС находится в пределах 5…40 м, СКП измерения скорости – 0,04…0,2 узла, высоты – 8…60 м.

Понятно, что для решения некоторых задач подобная точность не может считаться удовлетворительной, поэтому был внедрен дифференциальный режим функционирования среднеорбитных СНС. Суть этого режима состоит в том, что погрешность определения места с помощью СНС может быть уменьшена до десятков сантиметров путем оперативного измерения и излучения специальных поправок, автоматически принимаемых и учитываемых в аппаратуре потребителя услуг СНС. Измерять поправки целесообразно на стационарных объектах, а расстояние и время доведения их до потребителя не должны превышать 500 км и 20 мин соответственно (из-за так называемого уровня пространственной и временной корреляции). Такими стационарными объектами оказались радиомаяки, расположенные на побережье морей и океанов. Начата установка подобной аппаратуры и в России. Движение по искусственному каналу, ведущему в Санкт-Петербургский порт, обеспечивает дифференциальный режим СНС, поправки к сигналам которой излучаются радиомаяком Шепелевского, расположенным на берегу Финского залива.

В результате применения дифференциального режима СНС появилась принципиальная возможность осуществлять управление любым транспортным средством (от самолета и автомобиля до корабля) оператором, находящимся вне этого средства.

Проект «Галилео». Страны Европейского союза начали развертывание гражданской глобальной СНС «Галилео», опирающейся на свои собственные спутники. Предполагается, что она должна быть независимой от GPS, но взаимодействующей с нею; управляемой под международным контролем (США пытаются установить полный или частичный контроль над этой системой); более точной и доступной, способной быстро обнаруживать и оповещать о неисправности элементов системы; рентабельной; открытой для участия других партнеров, в частности России (в последнее время наше участие в проекте не приветствуется).

Запуск первого КА состоялся в 2004 г. Планируется, что «Галилео» будет передавать один общедоступный сигнал OAS (Open Access Service – служба открытого доступа) и один или два сигнала с контролируемым доступом CAS (Controlled Access Service – служба контролируемого доступа). Сигнал OAS должен быть эквивалентен GPS и обеспечивать точность порядка 10 м. Эта информация останется бесплатной до тех пор, пока будет сохраняться бесплатное использование GPS. Сигналы CAS – платные, шифруемые, контролируемые коммерческой компанией и предназначены для потребителей, требующих более высокого уровня точности, целостности и уверенности для жизнеобеспечения и других специальных применений.

В CAS, в свою очередь, возможны два уровня. CAS-1 будет открыт за плату всем желающим, в то время как CAS-2 станет доступен только правительственным потребителям. Предполагается, что система обеспечит определение места с точностью 3…4 м.

 

 

Вверх -->

 

 
История топографии
  Компас  
Новости топографии
 
 

Все права защищены! © Разработка сайта: SVTel-студия E-mail: svtel-studio@yandex.ru