Satelliittinavigointijärjestelmän käyttö. Gps vs Glonass: mikä järjestelmä on parempi

Atomikellojen kehittämisen myötä vuonna 1960 tuli mahdolliseksi käyttää tarkasti synkronoitujen koodattujen signaalilähettimien verkkoa navigointitarkoituksiin. Vuonna 1964 Yhdysvaltain ilmavoimat alkoivat kehittää ja testata paikannusominaisuuksia laajakaistasignaaleja, moduloitu pseudosatunnaiskohinakoodeilla. Vuonna 1973 ilmavoimien ohjelmat yhdistettiin yhteiseksi teknologiaohjelmaksi, Navstar-GPS:ksi. Mutta järjestelmä otettiin täysin käyttöön vasta vuonna 1995. Nykyään GPS (Global Positioning System) sisältää yli 30 keinotekoiset satelliitit Maapallo. Noin 100 yritystä valmistaa 600 erilaista vastaanottolaitetta, joita käytetään monenlaisilla ihmisen toiminnan aloilla: lentoliikenteestä rakentamiseen ja maatalouteen. GPS-tuotteiden maailmanlaajuiset myyntimarkkinat ovat noin 20 miljardia dollaria.

GPS on suunniteltu kolmen sijaintikoordinaatin erittäin tarkkaan määrittämiseen, jotka muodostavat erilaisten liikkuvien kohteiden nopeus- ja aikavektorit. Yhdysvallat tarjoaa järjestelmän vakiotila siviili-, kaupalliseen ja tieteelliseen käyttöön ilman erityismaksua. Avaruussegmentin muodostaa 31 avaruusaluksen kiertorataryhmä, jotka sijaitsevat 6 pyöreällä kiertoradalla, joiden korkeus on noin 20 tuhatta km. Avaruusaluksen kiertoaika on 12 tuntia.

SNS GLONASS

Kotimaisen keskikiertoradan navigointijärjestelmän lentokokeet alkoivat lokakuussa 1982 Cosmos 1413 -satelliitin laukaisulla. Vuonna 1995 GLONASS SNS:n käyttöönotto 24 avaruusaluksen koko joukkoon saatiin päätökseen.

GLONASS-järjestelmää voidaan perustellusti kutsua Venäjän omaisuudeksi, koska vain kahdella maalla maailmassa - USA:lla ja Venäjällä - oli varaa tällaiseen. Valitettavasti venäjäksi avaruusalus oli lyhyempi toiminta-aika kiertoradalla kuin amerikkalaisilla, joten huonon rahoituksen olosuhteissa GLONASS-satelliittien laivasto pieneni 10-12 yksikköön huolimatta siitä, että kiertoradalla tarvittava vähimmäismäärä avaruusaluksia sijainnin määrittämiseksi luotettavasti kohteista on 18 avaruusalusta. Asiaa pahensi tavallisten kuluttajien saatavilla olevien vastaanottimien puute Venäjän tuotanto. Tämän seurauksena Yhdysvallat hyötyi samanlainen järjestelmä GPS ja Venäjä kärsivät tappioita. SISÄÄN viime vuodet tilanne alkoi muuttua parempaan suuntaan: venäläisiä avaruusaluksia, joiden käyttöikä on pidempi (7-9 vuotta), lähetetään kiertoradalle; vuoteen 2007 mennessä tehtiin päätös nostaa avaruuskonstellaatio vaadittuun vähimmäismäärään 18 avaruusalusta; Olemme myös perustamassa vastaanottolaitteiden tuotantoa.

Toisen sukupolven GLONASS SNS:n päätarkoitus on maan päällä olevien liikkuvien kohteiden globaali operatiivinen navigointi: maa (maa, meri, ilma) ja matalan kiertoradan avaruus. Eli mikä tahansa esine (laiva, lentokone, auto tai vain jalankulkija) missä tahansa paikassa missä tahansa ajanhetkellä pystyy määrittämään liikkeensä parametrit muutamassa sekunnissa - kolme koordinaattia ja kolme nopeuden komponenttia vektori.

GLONASS käyttää avaruusaluksia pyöreillä geosentrisillä kiertoradoilla, joiden korkeus on 19 100 km maanpinnan yläpuolella. Avaruusaluksen kiertoaika on 11 tuntia 15 minuuttia. Atomitaajuusstandardien käytön ansiosta avaruusaluksen aika- ja taajuusstandardeissa järjestelmä varmistaa kiertorataryhmän lähettämien radiosignaalien keskinäisen synkronoinnin. Liikkuva kohde vastaanottaa signaaleja vähintään neljältä radionäkyvältä satelliitilta ja sitä käytetään vähintään neljän pseudoetäisyyden ja radiaalisen pseudonopeuden mittaamiseen. Kustakin avaruusaluksesta saadut mittaustulokset ja ”efemeriditiedot” mahdollistavat kolmen koordinaatin ja kolmen nopeusvektorin komponentin määrittämisen sekä kohteen aika-asteikon poikkeaman suhteessa avaruusaluksen aika-asteikkoon.

8.8. Kohteiden koordinaattien määrityksen tarkkuus

Pohjimmiltaan kohteiden koordinaattien määrittämisen tarkkuus GPS:n ja GLONASSin avulla on suunnilleen sama. GPS-järjestelmän signaalit lähetetään taajuuksilla 1227 MHz ja 1575 MHz ja GLONASS - 1250 MHz ja 1600 MHz ja ne on koodattu järjestämään niin sanottu "selektiivinen (selektiivinen) pääsy". Molemmat signaalit käyttävät kahta koodia. Ensimmäistä niistä kutsutaan "helposti havaittavaksi" GPS:ssä ja "standarditarkkoksi" GLONASSissa. GPS:n toista koodia kutsutaan "suljetuksi" (GLONASSissa - "korkea tarkkuus") ja se on tarkoitettu valtuutettuun käyttöön.

Yrittääkseen tehdä GPS:stä ei-vaihtoehtoinen satelliittinavigointijärjestelmä käyttäjille ympäri maailmaa, Valkoisen talon lehdistöpalvelu julkaisi 1. toukokuuta 2000 lausunnon kansallisen GPS-GPS-järjestelmän valikoivan pääsyn käytön lopettamisesta, mutta Yhdysvallat viranomaiset säilyttivät oikeuden harkintansa mukaan palauttaa se valikoivasti alueellisesti. UPS kohteiden koordinaattien määrittämiseen sekä SNS GPS:n että GLONASSin avulla on alueella 5-40 m, UPS nopeuden mittaamiseen on 0,04-0,2 solmua, korkeudet 8-60 m.

On selvää, että joidenkin ongelmien ratkaisemiseksi tällaista tarkkuutta ei voida pitää tyydyttävänä, joten keskikiertoradalla olevien satelliittien differentiaalinen toimintatapa otettiin käyttöön. Tämän tilan ydin on, että SNS:n avulla tapahtuvan sijainnin määrittämisen virhe voidaan pienentää kymmeniin senttimetreihin mittaamalla ja lähettämällä nopeasti erityiskorjauksia, jotka vastaanotetaan automaattisesti ja otetaan huomioon SNS-palvelun kuluttajan laitteessa. Korjaukset kannattaa mitata paikallaan olevista kohteista, ja etäisyys ja aika niiden tuomiseksi kuluttajalle eivät saisi ylittää 500 km ja 20 minuuttia (ns. tila- ja ajallinen korrelaatiotaso johtuen). Tällaiset kiinteät esineet osoittautuivat merien ja valtamerten rannikoilla sijaitseviksi radiomajakoiksi. Vastaavien laitteiden asennus on aloitettu Venäjällä. Liikkuminen Pietarin satamaan johtavaa keinotekoista kanavaa pitkin varmistetaan SNS:n differentiaalimoodilla, jonka signaalien korjauksia lähettää Suomenlahden rannalla sijaitseva Shepelevsky-radiomajakka.

SNS:n differentiaalitilan käytön seurauksena tuli periaatteessa mahdolliseksi ohjata mitä tahansa ajoneuvoa(ilma-aluksesta ja autosta laivaan) laitoksen ulkopuolella sijaitsevan operaattorin toimesta.

Projekti Galileo

Euroopan unionin maat ovat alkaneet ottaa käyttöön maailmanlaajuista siviilisatelliittia Galileoa, joka perustuu omiin satelliitteihinsa. Sen oletetaan olevan:

1. riippumaton GPS:stä, mutta vuorovaikutuksessa sen kanssa;

2. hallinnoidaan kansainvälisen valvonnan alaisena (Yhdysvallat yrittää saada täyden tai osittaisen hallinnan tähän järjestelmään);

3. Tarkempi ja helposti saatavilla oleva, pystyy nopeasti havaitsemaan ja ilmoittamaan järjestelmäelementtien toimintahäiriöistä;

4. kustannustehokas;

5. avoin muiden kumppanien, erityisesti Venäjän, osallistumiselle (in Viime aikoina osallistumisemme projektiin ei ole tervetullutta).

Ensimmäinen avaruusalus laukaistiin vuonna 2004, ja järjestelmän odotetaan alkavan vuonna 2008. Asiantuntijoiden mukaan Galileo-ohjelman työkustannukset vuoteen 2008 asti ovat 2,5-3 miljardia dollaria ja vuotuinen takaisinmaksu vuoden 2008 jälkeen 150-210 miljoonaa dollaria.

Galileon on suunniteltu lähettävän yksi julkinen OAS (Open Access Service) -signaali avoin pääsy) ja yksi tai kaksi signaalia valvotulla pääsyllä CAS (Controlled Access Service - Controlled Access Service). OAS-signaalin on oltava sama kuin GPS ja sen tarkkuus on noin 10 m. Nämä tiedot pysyvät ilmaisina niin kauan kuin ne ovat ilmaisia. GPS:n avulla. CAS-signaalit ovat maksullisia, salattuja, kaupallisen yrityksen ohjaamia, ja ne on tarkoitettu enemmän tarvitseville kuluttajille korkeatasoinen tarkkuus, eheys ja luottamus elämän tukemiseen ja muihin erikoissovelluksiin.

CAS:ssa puolestaan ​​kaksi tasoa on mahdollista. CAS-1 on avoinna yleisölle maksua vastaan, kun taas CAS-2 on saatavilla vain valtion asiakkaille. Järjestelmän oletetaan mahdollistavan sijainninmäärityksen 3-4 metrin tarkkuudella.

39. GPS GPS “Navstar” ja “Glonass”.

GPS NAVSTAR (GPS).

Koostuu 24 navigointisatelliitista, maanpäällisestä kuluttajalaitteiden ohjaus- ja mittauskompleksista. Se on maailmanlaajuinen jokasään navigointijärjestelmä, joka määrittää kohteiden koordinaatit suurella tarkkuudella kolmiulotteisessa maanläheisessä avaruudessa. GPS-satelliitit sijaitsevat kuudella keskikorkealla kiertoradalla (korkeus 20183) ja niiden kiertoaika on 12 tuntia. Ratatasot sijaitsevat 60°:n välein ja ovat kaltevia päiväntasaajaan nähden 55°:n kulmassa. Jokaisella radalla on 4 satelliittia, kolme pää- ja yksi varasatelliitti. 18 satelliittia on vähimmäismäärä, jotta varmistetaan vähintään 4 satelliitin näkyvyys jokaisessa pisteessä maapallolla. Järjestelmä on suunniteltu tarjoamaan lentokoneiden ja laivojen navigointia ja määrittämään ajan erittäin tarkasti. Siinä on 2 tilaa aluksen sijainnin määrittämiseen: 2D (navigointiparametrien määrittäminen maan pinnalla) ja kolmiulotteinen 3D (Maan pinnan yläpuolella olevien kohteiden navigointiparametrien mittaaminen). Objektin sijainnin löytämiseksi kolmiulotteisessa tilassa on mitattava vähintään 4 satelliitin navigointiparametrit ja kaksiulotteisessa navigoinnissa vähintään 3. Järjestelmä käyttää pseudoetäisyysmittausmenetelmää kohteen sijainnin määrittämiseen ja pseudo-radiaalinopeusmenetelmää kohteen nopeuden määrittämiseen. GPS-satelliitit lähettävät navigointisignaaleja kahdella taajuudella: F1=1575,42 ja F2=1227,60 MHz. Säteilytila ​​– jatkuva pseudokohinamodulaatiolla. Navigointisignaalit ovat suojattua P-koodia (tarkkuuskoodi), joka lähetetään taajuuksilla F1, F2 ja julkisesti saatavilla olevaa C/A-koodia (karkea ja hankintakoodi), joka lähetetään vain taajuudella F1. GPS:ssä jokaisella satelliitilla on oma ainutlaatuinen C/A-koodi ja ainutlaatuinen P-koodi. Tämän tyyppistä satelliittisignaalien erottelua kutsutaan koodierotukseksi. GPS tarjoaa kaksitasoista asiakaspalvelua: tarkkoja määritelmiä(PPS – tarkka paikannuspalvelu) ja standardimääritelmät (SPS – Standard Positioning Service), PPS perustuu tarkkaan P-koodiin ja SPS julkisesti saatavilla olevaan C/A-koodiin. PPS-tason palvelu tarjotaan Yhdysvaltain armeijalle ja liittovaltion viranomaisille, ja SPS tarjotaan tavalliselle siviilikuluttajalle. P- ja C/A-koodien lisäksi satelliitti lähettää säännöllisesti viestin, joka sisältää tietoa satelliitin tilasta, sen efemeridistä, järjestelmän ajasta, ionosfäärin viiveennusteesta ja suorituskykyindikaattoreista. Tärkeimmät massakuluttajan sisäisten laitteiden tarkkuuteen vaikuttavat virhelähteet ovat:

ionosfäärivirheet, jotka johtuvat radioaaltojen etenemisviiveistä ilmakehän ylemmissä kerroksissa, jotka johtavat 20-30 m:n luokkaa paikanmääritysvirheisiin päivällä ja 3-6 m:n öisin;

troposfäärivirheet, jotka aiheutuvat vääristymistä radioaaltojen kulkemisessa ilmakehän alempien kerrosten läpi. Ne eivät ylitä 30 m;

efemeridivirhe, joka johtuu satelliitin lasketun ja todellisen sijainnin välisestä erosta, joka on enintään 3 m;

Virhe satelliitin etäisyyden määrittämisessä ei yleensä ylitä 10 metriä.

Selektiivisen pääsytilan virheen (keinotekoinen virhe, joka on otettu käyttöön ennen vuotta 2000 karkeiden navigointimittausten) neliökeskiarvo oli noin 30 m. Huomiota tulee myös kiinnittää PDOP (Position dilution of precision) -vyöhykkeiden jaksoittaiseen esiintymiseen. järjestelmä, jossa ilmoitettua navigointitarkkuutta ei ole taattu. Nämä vyöhykkeet esiintyvät 5–15 minuutin sisällä 30–50 pohjoisen leveysasteen alueella. Pääasiallinen tapa parantaa GPS-sijainnin määrittämisen tarkkuutta SPS-tilassa on käyttää differentiaalisen navigointimittauksen periaatetta. Differentiaalimenetelmä (DGPS) toteutetaan käyttämällä sijaintialueelle asennettua referenssiasemaa, jolla on tunnetut koordinaatit. Ohjaus-GPS-vastaanotin sijaitsee asemalla. Vertaamalla tunnettuja koordinaattejaan mitattuihin ohjaus-GPS-vastaanotin tuottaa korjauksia, jotka välitetään radiokanavan kautta kuluttajille. Tässä tapauksessa kuluttajalaitteita on täydennettävä radiovastaanottimella differentiaalikorjausten vastaanottamiseksi. Referenssiasemalta saadut korjaukset kirjataan automaattisesti mittaustuloksiin. Tämän avulla voit määrittää kohteen koordinaatit vertailuaseman alueella 1-5 metrin tarkkuudella DGPS-määritysten tarkkuus riippuu referenssiaseman ominaisuuksista ja etäisyydestä kohteesta. referenssiasema. Tästä syystä on suositeltavaa sijoittaa referenssiasema enintään 500 km:n päähän kohteesta. Merkittävä GPS-järjestelmän tehokkuutta heikentävä ongelma on useiden maapallon alueiden geodeettisten mittausten epätarkkuus. GPS edustaa tunnistettavien kohteiden koordinaatteja WGS-84 World Geographic Systemissä. On olemassa korjauksia siirtymiseen tästä järjestelmästä useisiin muihin geodeettisiin järjestelmiin, mutta ei kaikkiin. Joillakin maapallon alueilla (esimerkiksi Kaakkois-Aasian saarilla), joita kartoitettiin kaukaisessa menneisyydessä, johtuen geodeettisen verkon vertailupisteiden suurista virheistä karttojen koordinaattijärjestelmän ja WGS-84:n välillä. voi olla merkittävä. Korjausten puutteen vuoksi tällaiseen karttaan siirretty aluksen sijainti WGS-84-järjestelmässä saattaa päätyä rantaan.

Neuvostoliiton maailmanlaajuinen satelliittinavigointijärjestelmä GLONASS koostuu 24 satelliitista, epämaallisesta komento- ja mittauskompleksista ja on globaali jokasään navigointijärjestelmä, joka varmistaa kohteiden koordinaattien määrittämisen suurella tarkkuudella kolmiulotteisessa maanläheisessä avaruudessa. GLONASSin täysi toiminta alkoi tammikuussa 1996. GLONASS-satelliitit sijaitsevat kolmella keskikorkealla kiertoradalla (korkeus 29100) ja niiden kiertoaika on 11 tuntia 15 minuuttia. Ratatasot sijaitsevat 120°:n välein ja ovat kaltevia päiväntasaajaan nähden 64,8°:n kulmassa. Jokaisella kiertoradalla on 8 satelliittia. Jokainen satelliitti lähettää tietoja tarkasta sijainnistaan ​​ja tietoa muiden satelliittien sijainnista. GLONASS-satelliitit lähettävät navigointisignaaleja kahdella kantoaaltotaajuudella: F1 ja F2. Kaikkien GLONASS-satelliittien F1-taajuusarvot ovat alueella 1602,6-1615,5 MHz ja eroavat eri satelliiteilta 0,5625 MHz:n kerrannaisella. Vastaavasti F2-taajuusarvot ovat alueella 1246,4-1256,5 MHz ja eroavat eri satelliiteilla 0,4375 MHz:n kerrannaisella. Navigointisignaalit ovat P-koodia, joka lähetetään taajuuksilla F1 ja F2, ja C/A-koodi, joka lähetetään vain taajuudella F1. Toisin kuin GPS, jossa P- ja C/A-koodit ovat erilaiset eri satelliiteille, GLONASSissa ne ovat samat kaikille satelliiteille. Siten toisin kuin GPS:ssä käytetty koodimenetelmä, GLONASS toteuttaa taajuusmenetelmän satelliittinavigointisignaalien erottamiseksi. GLONASS antaa paikan P390 geodeettisessa järjestelmässä. Ero kohteen sijainnin välillä P390:ssä ja WGS-84:ssä ei ylitä 15 m, keskimäärin se on 5 m. GLONASS-järjestelmää voidaan käyttää yhdessä GPS:n kanssa (GPS ja GLONASS globaali navigointisatelliittijärjestelmä - GNSS). Tämä mahdollistaa GPS:ään verrattuna lisäämään havaittujen satelliittien lukumäärän tarkkuutta, parantaa niiden sijainnin geometriaa korkeilla leveysasteilla ja käyttää molempia GLONASS-koodeja massakuluttajan laitteissa, mikä mahdollistaa tarkemman ottaa huomioon GPS:n ionosfäärivirheen.

Alun perin sotilaallisiin tarpeisiin kehitetyt satelliittipaikannus- ja navigointijärjestelmät ovat viime aikoina löytäneet laajan sovelluksen siviilialalla. GPS/GLONASS kuljetusten seuranta, hoidon tarpeessa olevien ihmisten seuranta, työntekijöiden liikkeiden seuranta, eläinten seuranta, matkatavaroiden seuranta, geodesia ja kartografia ovat satelliittiteknologian tärkeimmät käyttöalueet.

Tällä hetkellä on olemassa kaksi maailmanlaajuista satelliittipaikannusjärjestelmää, jotka on luotu Yhdysvaltoihin ja Venäjälle, sekä kaksi alueellista, jotka kattavat Kiinan, Euroopan unionin maat ja joukon muita maita Euroopassa ja Aasiassa. GLONASS- ja GPS-valvonta ovat saatavilla Venäjällä.

GPS- ja GLONASS-järjestelmät

GPS (Global Position System, Globaali järjestelmä paikannus) on satelliittijärjestelmä, jonka kehitys alkoi Amerikassa vuonna 1977. Vuoteen 1993 mennessä ohjelma otettiin käyttöön, ja heinäkuuhun 1995 mennessä järjestelmä oli täysin valmis. Tällä hetkellä GPS-avaruusverkko koostuu 32 satelliitista: 24 pääsatelliitista, 6 varasatelliitista. Ne kiertävät Maata keskikorkealla kiertoradalla (20 180 km) kuudessa tasossa, joissa kussakin on neljä pääsatelliittia.

Maan päällä on pääohjausasema ja kymmenen seuranta-asemaa, joista kolme lähettää satelliitteihin uusin sukupolvi korjaustiedot ja jakavat ne koko verkkoon.

GLONASS-järjestelmän (Global Navigation Satellite System) kehittäminen aloitettiin Neuvostoliitossa vuonna 1982. Työn valmistumisesta ilmoitettiin joulukuussa 2015. GLONASS vaatii toimiakseen 24 satelliittia, joista 18 riittää kattamaan alueen ja Venäjän federaation sekä alueella sijaitsevien satelliittien kokonaismäärän. Tämä hetki kiertoradalla (mukaan lukien reservit) - 27. Ne liikkuvat myös keskikorkealla kiertoradalla, mutta alemmalla korkeudella (19 140 km), kolmessa tasossa, joissa kussakin on kahdeksan pääsatelliittia.

GLONASS-maa-asemat sijaitsevat Venäjällä (14), Etelämantereella ja Brasiliassa (yksi kummallakin), ja useita lisäasemia suunnitellaan ottavan käyttöön.

GPS:n edeltäjä oli Transit-järjestelmä, joka kehitettiin vuonna 1964 ohjaamaan ohjusten laukaisua sukellusveneistä. Se pystyi paikantamaan yksinomaan paikallaan olevia kohteita 50 metrin tarkkuudella, ja ainoa satelliitti oli näkökentässä vain tunnin päivässä. GPS-ohjelma aiemmin nimillä DNSS ja NAVSTAR. Neuvostoliitossa satelliittinavigointijärjestelmän luominen aloitettiin vuonna 1967 osana Cyclone-ohjelmaa.

Tärkeimmät erot GLONASS- ja GPS-valvontajärjestelmien välillä:

• Amerikkalaiset satelliitit liikkuvat synkronisesti maan kanssa, kun taas venäläiset satelliitit liikkuvat asynkronisesti;
• eri korkeudet ja kiertoradojen lukumäärä;
• niiden erilaiset kaltevuuskulmat (noin 55° GPS:lle, 64,8° GLONASSille);
• eri muodossa signaalit ja toimintataajuudet.

GPS:n edut

• GPS on vanhin olemassa oleviin järjestelmiin paikannus saatettiin täyteen valmiustilaan ennen venäläistä.
• Luotettavuus syntyy käytöstä lisää varasatelliitit.
• Paikannus tapahtuu pienemmällä virheellä kuin GLONASS (keskimäärin 4 m ja uusimman sukupolven satelliiteilla - 60–90 cm).
• Monet laitteet tukevat järjestelmää.

GLONASS-järjestelmän edut

• Asynkronisten satelliittien sijainti kiertoradalla on vakaampi, mikä helpottaa niiden hallintaa. Säännöllisiä säätöjä ei tarvita. Tämä etu tärkeä asiantuntijoille, ei kuluttajille.
• Järjestelmä on luotu Venäjällä, joten se varmistaa luotettavan signaalin vastaanoton ja paikannustarkkuuden pohjoisilla leveysasteilla. Tämä saavutetaan kautta suurempi kulma satelliittien kiertoradan kaltevuus.
• GLONASS on kotimainen järjestelmä ja pysyy venäläisten käytettävissä, jos GPS on kytketty pois päältä.

GPS-järjestelmän haitat

• Satelliitit pyörivät synkronisesti Maan pyörimisen kanssa, joten tarkka paikannus vaatii korjaavien asemien toimintaa.
• Matala kallistuskulma ei tarjoa hyvä signaali ja tarkka paikannus napa-alueilla ja korkeilla leveysasteilla.
• Oikeus hallita järjestelmää kuuluu armeijalle, ja he voivat vääristää signaalia tai poistaa GPS:n kokonaan käytöstä siviileiltä tai muilta mailta konfliktitilanteessa heidän kanssaan. Siksi, vaikka kuljetusten GPS on tarkempi ja kätevämpi, GLONASS on luotettavampi.

GLONASS-järjestelmän haitat

• Järjestelmän kehittäminen aloitettiin myöhemmin, ja se toteutettiin viime aikoihin asti huomattavalla jäljellä amerikkalaisista (kriisi, taloudellinen väärinkäyttö, varkaus).
• Epätäydellinen satelliittisarja. Palvelun kesto Venäjän satelliitit alhaisemmat kuin amerikkalaiset, ne tarvitsevat korjauksia useammin, joten navigoinnin tarkkuus useilla alueilla heikkenee.
• GLONASS-kuljetuksen satelliittiseuranta on kalliimpaa kuin GPS, koska laitteiden kanssa on sovitettu toimimaan korkea hinta kotimainen järjestelmä paikannus.
• Virhe ohjelmistoälypuhelimille, PDA-laitteille. GLONASS-moduulit on suunniteltu navigaattoreita varten. Kompaktille kannettavat laitteet Nykyään se on yleisempää ja edullinen vaihtoehto– tukeeko se vain GPS-GLONASSia vai GPS:ää.

Yhteenveto

GPS- ja GLONASS-järjestelmät täydentävät toisiaan. Optimaalinen ratkaisu- Tämä satelliitti GPS-GLONASS seurantaa. Laitteet, joissa on kaksi järjestelmää, esim. GPS-merkit GLONASS-moduulilla "M-Plata" tarjoavat korkean paikannustarkkuuden ja luotettavan toiminnan. Jos paikannuksessa vain GLONASSia käytettäessä, virhe on keskimäärin 6 m ja GPS:ssä 4 m, niin kahta järjestelmää käytettäessä se laskee 1,5 metriin. Mutta tällaiset laitteet, joissa on kaksi mikrosirua, ovat kalliimpia.

GLONASS on kehitetty erityisesti Venäjän leveysasteille ja se pystyy tarjoamaan suuren tarkkuuden satelliittien puutteen vuoksi, todellinen etu on edelleen GPS:n puolella. Amerikkalaisen järjestelmän etuja ovat saavutettavuus ja laaja valikoima laitteet, joissa on GPS-tuki.

Alueen paperikartat on korvattu sähköisillä kartoilla, joilla navigointi tapahtuu GPS-satelliittijärjestelmän avulla. Tästä artikkelista opit, milloin satelliittinavigointi ilmestyi, mitä se on nyt ja mikä sitä odottaa lähitulevaisuudessa.

Ensimmäiset edellytykset

Toisen maailmansodan aikana Yhdysvaltain ja Ison-Britannian laivueilla oli voimakas valttikortti - radiomajakoita käyttävä LORAN-navigointijärjestelmä. Vihollisuuksien lopussa tekniikka oli heidän käytettävissään siviilialukset"länsimieliset" maat. Vuosikymmen myöhemmin Neuvostoliitto otti käyttöön vastauksensa - radiomajakoihin perustuva Chaika-navigointijärjestelmä on edelleen käytössä.

Mutta maanavigointi on merkittäviä puutteita: epätasaisesta maastosta tulee este, ja ionosfäärin vaikutus vaikuttaa negatiivisesti signaalin lähetysaikaan. Jos navigointiradiomajakan ja laivan välinen etäisyys on liian suuri, koordinaattien määrittelyvirhe voidaan mitata kilometreissä, mikä ei ole hyväksyttävää.

Maan päällä olevat radiomajakat on korvattu satelliittimajoilla. navigointijärjestelmät sotilaallisiin tarkoituksiin, joista ensimmäinen - American Transit (toinen nimi NAVSAT:lle) - otettiin käyttöön vuonna 1964. Kuusi matalan kiertoradan satelliittia varmisti jopa kahdensadan metrin koordinaattien määritystarkkuuden.

Vuonna 1976 Neuvostoliitto käynnisti samanlaisen sotilasnavigointijärjestelmän, Cyclone, ja kolme vuotta myöhemmin siviilikäyttöisen järjestelmän nimeltä Cicada. Suuri haitta varhaiset järjestelmät satelliittinavigointi oli se, että niitä voi vain käyttää lyhyt aika tunnin ajan. Matalalla radalla kulkevat satelliitit, eivätkä edes pienet määrät, pystyneet tarjoamaan laajaa signaalin peittoa.

GPS vs. GLONASS

Vuonna 1974 Yhdysvaltain armeija laukaisi kiertoradalle silloisen uuden NAVSTAR-navigointijärjestelmän ensimmäisen satelliitin, joka nimettiin myöhemmin uudelleen GPS:ksi (Global Positioning System). 1980-luvun puolivälissä GPS-tekniikka siviililaivojen ja -lentokoneiden käyttö sallittiin, mutta pitkään heillä oli pääsy paljon epätarkempiin paikannuksiin kuin sotilaslaivoilla. Kahdeskymmenesneljäs GPS-satelliitti, viimeinen vaaditaan täysi kattavuus Maan pinta, laukaistiin vuonna 1993.

Vuonna 1982 Neuvostoliitto esitti vastauksensa - se oli GLONASS (Global Navigation Satellite System) -tekniikka. Viimeinen 24. GLONASS-satelliitti lähti kiertoradalle vuonna 1995, mutta satelliittien lyhyt käyttöikä (kolmesta viiteen vuotta) ja hankkeen riittämätön rahoitus pysäyttivät järjestelmän lähes vuosikymmeneksi. Maailmanlaajuinen GLONASS-peitto oli mahdollista palauttaa vasta vuonna 2010.

Tällaisten vikojen välttämiseksi sekä GPS että GLONASS käyttävät nyt 31 satelliittia: 24 pääsatelliittia ja 7 varasatelliittia, kuten sanotaan, varmuuden vuoksi. Nykyaikaiset navigointisatelliitit lentävät noin 20 tuhannen kilometrin korkeudessa ja onnistuvat kiertämään Maan kahdesti päivässä.

Kuinka GPS toimii

Sijoittaminen sisään GPS-verkot suoritetaan mittaamalla etäisyys vastaanottimesta useisiin satelliitteihin, joiden sijainti tiedetään tarkasti kulloinkin. Etäisyys satelliittiin mitataan kertomalla signaalin viive valonnopeudella.
Viestintä ensimmäisen satelliitin kanssa antaa tietoa vain vastaanottimen mahdollisista sijaintipaikoista. Kahden pallon leikkauspiste antaa ympyrän, kolme - kaksi pistettä ja neljä - ainoa oikea piste kartalla. Planeettamme käytetään useimmiten yhtenä sfääristä, mikä mahdollistaa paikantamisen vain kolmelle satelliitille neljän sijasta. Teoriassa tarkkuus GPS-paikannus voi nousta 2 metriin (käytännössä virhe on paljon suurempi).

Jokainen satelliitti lähettää suuren joukon tietoa vastaanottimelle: tarkka aika ja sen korjaus, almanakka, efemerididata ja ionosfäärin parametrit. Tarkka aikasignaali tarvitaan mittaamaan sen lähettämisen ja vastaanottamisen välistä viivettä.

Navigointisatelliitit on varustettu erittäin tarkoilla cesiumkelloilla, kun taas vastaanottimet on varustettu paljon vähemmän tarkoilla kvartsikelloilla. Siksi ajan tarkistamiseksi otetaan yhteys ylimääräiseen (neljänteen) satelliittiin.

Mutta cesiumkellot voivat myös tehdä virheitä, joten niitä verrataan maahan sijoitettuihin vetykelloihin. Jokaisen satelliitin aikakorjaus lasketaan erikseen navigointijärjestelmän ohjauskeskuksessa, joka myöhemmin yhdessä tarkka aika lähetetty vastaanottajalle.

Yksi vielä tärkeä komponentti satelliittinavigointijärjestelmä on almanakka, joka on taulukko satelliitin radan parametreista tulevalle kuukaudelle. Almanakka, samoin kuin aikakorjaus, lasketaan ohjauskeskuksessa.

Satelliitit välittävät myös yksittäisiä efemeriditietoja, joiden perusteella lasketaan ratapoikkeamat. Ja kun otetaan huomioon, että valon nopeus ei ole vakio missään muualla kuin tyhjiössä, in pakollinen signaalin viive ionosfäärissä otetaan huomioon.

Tiedonsiirto GPS-verkossa tapahtuu tiukasti kahdella taajuudella: 1575,42 MHz ja 1224,60 MHz. Eri satelliitit lähettävät samalla taajuudella, mutta käyttävät koodijako CDMA-kanavat. Eli satelliittisignaali on vain kohinaa, joka voidaan purkaa vain, jos sinulla on asianmukainen PRN-koodi.

Yllä oleva lähestymistapa mahdollistaa korkean melunsietokyvyn ja kapean käytön taajuusalue. Joskus GPS-vastaanottimien on kuitenkin edelleen etsittävä satelliitteja pitkään, mikä johtuu useista syistä.

Ensinnäkin vastaanotin ei aluksi tiedä, missä satelliitti on, onko se poistumassa vai lähestymässä, ja mikä on sen signaalin taajuuspoikkeama. Toiseksi yhteydenotto satelliittiin katsotaan onnistuneeksi vain, kun se vastaanottaa täysi setti tiedot. Tiedonsiirtonopeus GPS-verkossa ylittää harvoin 50 bps. Ja heti kun signaali katkeaa radiohäiriöiden vuoksi, haku alkaa uudelleen.

Satelliittinavigoinnin tulevaisuus

Nyt GPS:ää ja GLONASSia käytetään laajalti rauhanomaisiin tarkoituksiin, ja ne ovat itse asiassa keskenään vaihdettavissa. Uusimmat navigointisirut tukevat molempia viestintästandardeja ja muodostavat yhteyden niihin satelliitteihin, jotka löydetään ensin.

Amerikkalainen GPS ja venäläinen GLONASS eivät ole kaukana ainoista satelliittinavigointijärjestelmistä maailmassa. Esimerkiksi Kiina, Intia ja Japani ovat alkaneet ottaa käyttöön omia satelliittijärjestelmiään nimeltään BeiDou, IRNSS ja QZSS, jotka toimivat vain heidän maissaan ja vaativat siksi suhteellisen pienen määrän satelliitteja.

Mutta ehkä eniten kiinnostaa Galileo-hanke, jota Euroopan unioni kehittää ja jonka pitäisi käynnistyä täydellä teholla ennen vuotta 2020. Alun perin Galileo suunniteltiin puhtaasti eurooppalaiseksi verkostoksi, mutta Lähi-idän maat ja Etelä-Amerikka. Joten "kolmas voima" saattaa pian ilmaantua globaaleille CLO-markkinoille. Jos tämä järjestelmä on yhteensopiva olemassa olevien kanssa, ja mitä todennäköisimmin tulee olemaan, kuluttajat hyötyvät vain - satelliittien etsintänopeuden ja paikannustarkkuuden pitäisi kasvaa.