Какого сигнала глонасс не существует

ГЛОНАСС все? Отмена российской спутниковой навигации в чипсетах

В мире существует несколько систем спутниковой навигации, самая известная — американская GPS, меньше известен китайский вариант. Российский, который называется ГЛОНАСС, не занимает умы обычных людей — есть такая система, и хорошо. Про европейцев скромно промолчу, так как они не играют большой роли в спутниковой навигации и их система фактически только для гражданского использования, и то с рядом ограничений, старушка Европа полагается на GPS, что логично.

Путь ГЛОНАСС был тернист, начался он еще в СССР. В нулевых систему оживили и постепенно привели в чувство, на орбите сейчас полная группировка спутников, они используются как в гражданском сегменте, так и в военном. Тут нет никаких отличий от того же GPS.

Напомню, что в странах, где нет своей спутниковой системы навигации, возможно не только отключение GPS, но и трансляции сигналов, которые имеют погрешность. Например, так было во время бомбардировок Югославии со стороны НАТО, тогда в работу GPS и ее гражданского сегмента намеренно вводили погрешность.

Спутниковые системы навигации — это дорогое удовольствие для любой страны — Америки, Китая, России или Европы. Поэтому страны стараются объединять свои усилия, когда спутники одной системы могут дополнять другую, так, Россия активно сотрудничает в этом направлении с Китаем. Предполагалось, что аналогичные шаги будут сделаны с Европой и Америкой, но теперь на них можно поставить крест из-за политической ситуации.

Преимущество ГЛОНАСС на севере неоспоримо, в Скандинавии наша система позволяет получать координаты быстрее и лучше, дополняет GPS. И тут можно говорить, что в гражданском сегменте это обычное дело. Все производители чипсетов добавляют поддержку всех существующих навигационных систем в свои решения — так дешевле и проще, а потребитель получает максимальную точность из всех возможных. Более того, даже военные решения имеют сдвоенные системы, когда могут использовать чужой сигнал для навигации или других нужд. Одним словом, выгодно использовать все решения, что есть, тем более что это не сказывается на стоимости конечного продукта.

Давайте представим ситуацию, что санкции накладываются на ГЛОНАСС и американские политики требуют отключить систему, перестать с ней работать. Учитывая, что это российская система, физически выключить ее можно только одним способом — сбивать спутники с орбиты. Америка на данный момент таким оружием не обладает, как результат, сбивать ничего не может, да и зачем?

30 декабря 2023

Samsung Galaxy Watch и приложение Samsung Health. С заботой о здоровье

Как Galaxy Watch вместе с приложением Samsung Health помогают вам заботиться о своем здоровье и подсказывают, на что обратить внимание.

Субботний кофе №290

Налейте чашку бодрящего субботнего кофе и познакомьтесь с новостями недели. Представлен бюджетный смартфон от Nothing, Apple обновила MacBook Air, а идея BlackBerry все ещё жива…

Внедорожник Jetour T2 уже в России

На неделе в Москве прошла презентация нового внедорожника Jetour T2, планы по поставкам которого производитель озвучивал ещё в момент выхода марки на наш рынок, в июне прошлого года…

1 октября 2021

5 фактов о Logitech MX Keys Mini

Новая беспроводная TKL-клавиатура для офиса и дома, знакомая эргономика и удобство ввода, интеллектуальная подсветка и не только…

Заставить Россию отказаться от собственной системы тоже невозможно, мы можем запускать спутники самостоятельно, элементная база доступна и позволяет создавать их внутри страны. Одним словом, и тут повлиять никак нельзя, если смотреть на военно-промышленный комплекс, то у него иммунитет от различных санкций со стороны большинства государств. Получается, что выключить ГЛОНАСС практически невозможно, и это приводит нас к невыполнимости санкций относительно спутниковой группировки России.

Но есть одно уязвимое место — обычные смартфоны, которые сегодня умеют работать со всеми системами. Та же Qualcomm добавляет поддержку всех спутниковых систем навигации в свои чипсеты. И надавить на Qualcomm легче легкого, чтобы она убрала поддержку ГЛОНАСС. Но даже если это произойдет, сделать это моментально невозможно, разработка новых чипов — процесс небыстрый, у нас есть как минимум пара лет до физического исчезновения ГЛОНАСС в чипсетах. И так же можно сделать со всеми производителями чипсетов.

Предвижу громкие заголовки в стилистике желтой прессы: “России выключили спутниковую навигацию”. Но по факту ничего не произойдет вовсе. Смартфоны будут иметь поддержку других спутниковых систем, они будут работать и показывать координаты. Для гражданского применения этого хватит за глаза. Отключать GPS над территорией России сложно и точно не нужно никому, вряд ли Америка на это пойдет. Плюс есть китайская система, на нее повлиять Америка также никак не может.

Отказ от ГЛОНАСС может быть для американских компаний только демонстративным шагом, ничего большего он не принесет. Конечно, в гражданском применении мы получим проблемы с кучей специализированных устройств для геодезистов, но старые никуда не денутся, плюс исчезновение не произойдет моментально. Также можно использовать наработки ВПК и ровно те же компоненты в гражданских устройствах, нет никаких причин считать, что это невозможно. Размер и дизайн, конечно, будут, как обычно, сродни кирпичу, но и над этим можно поработать. В целом, внутренний рынок ГЛОНАСС-решений достаточно велик и разнообразен, чтобы переживать о том, что кто-то перестанет поддерживать нашу систему на уровне чипсетов для смартфонов. Обидно, но далеко не смертельно и никакого практического вреда не принесет.

Пожалуй, что это хороший пример санкций, которые просто не работают. Одна из компаний, которая получила запрос о том, что она должна “отключить русскую навигацию”, попыталась объяснить, что она не управляет этим процессом и сделать этого не может. Максимум, на что можно рассчитывать, так это отказ в поддержке на уровне железа для смартфонов и других устройств. Но подчеркну, что влияния на ГЛОНАСС это не окажет никакого и переживать об этом точно не стоит. Такие санкции только звучат грозно, по факту никак навредить не могут. Увы, мир от глобализации переходит к локальным решениям, и это один из множества примеров таких действий. Отказ от ГЛОНАСС сделает все продукты чуточку хуже, но и для них ничего страшного не произойдет. В сухом остатке вся эта возня выглядит как санкционная риторика, попытка высказать свое фи там, где реальные действия невозможны. Зато кто-то из политиков сможет отчитаться в своей стране, что разрушил спутниковую навигацию для русских, порвал ее в клочья. Забавно и грустно одновременно.

Так что когда будете читать про конец ГЛОНАСС, знайте, что все это сильно преувеличено и никакого влияния на нас никакие санкции и отмены оказать не могут.

Как работает спутниковая система ЭРА-ГЛОНАСС в автомобиле

Государственная система экстренного реагирования ЭРА-ГЛОНАСС была разработана для максимального сокращения срока, в течение которого экстренные службы реагируют на автомобильные аварии и прочие происшествия. Внедрение этой системы должно помочь врачам, спасателям и пожарным значительно быстрее получать информацию о только что произошедшем инциденте и в течение кратчайшего срока прибывать на место ДТП – такой подход предполагает значительное снижение уровня травматизма и смертности на дорогах.

Как работает ЭРА-ГЛОНАСС в автомобиле?

Для информирования специальных служб используется абонентский терминал – небольшое устройство ЭРА-ГЛОНАСС, устанавливаемое в автомобиле. Терминал состоит из тревожной кнопки (обычно располагается на потолке около зеркала заднего вида), навигационного модуля, переговорного устройства (микрофон и динамик), GSM-модема для передачи данных через мобильные сети, а также специальных датчиков, непосредственно фиксирующих аварию.

Датчики реагируют на задние и передние удары, боковые столкновения и перевороты. При обнаружении любой из подобных ситуаций терминал осуществляет вызов по мобильной сети – для экстренных звонков предусмотрен отдельный диапазон кодов от 941 до 949. Кроме того, водитель может сообщить о происшествии самостоятельно, нажав на тревожную кнопку – срабатывание датчиков не является обязательным условием для вызова.

Сигнал о бедствии наделен приоритетным статусом: он передается через любого сотового оператора, чей сигнал будет сильнее в конкретном месте, а в случае перегрузки сети множеством телефонных звонков предусмотрена возможность их прерывания для передачи экстренной информации.

Сигнал, передаваемый навигационным оборудованием ЭРА-ГЛОНАСС, содержит:

• Координаты местонахождения, определенные по спутникам ГЛОНАСС;
• Информацию о характере и количестве сработавших датчиков;
• Точное время срабатывания датчиков или нажатия кнопки SOS водителем;
• Идентификационный номер транспортного средства (VIN).

В том, как работает ЭРА-ГЛОНАСС, можно выделить следующие шаги: сначала сигнал поступает в колл-центр, где оператор отсеивает ложные вызовы и ошибочные срабатывания – для этого оператор пробует связаться с водителем автомобиля в голосовом режиме.

Если ответа нет, или водитель/пассажиры подтверждают необходимость оказания помощи, оператор передает всю имеющуюся информацию в единый центр координации экстренных служб. Там определяют, какие именно службы нужно отправить на место конкретного происшествия, и координируют совместную работу работы экипажей скорой помощи, спасателей и других служб для их большей эффективности.

Для автомобилиста эксплуатация системы ЭРА-ГЛОНАСС полностью бесплатна – работа всех экстренных служб, отправленных на место ДТП, финансируется государством.

ЭРА-ГЛОНАСС: схема работы системы при ДТП

Для кого система ЭРА-ГЛОНАСС является обязательной?

Основной документ, устанавливающий требования к присутствию системы ЭРА-ГЛОНАСС в автомобиле – техрегламент Таможенного союза ТР ТС 018/2011, который определяет критерии безопасности колесных транспортных средств. В документе изложены требования, согласно которым с 01.01.2017 модуль ЭРА-ГЛОНАСС должен обязательно присутствовать на выпускаемых в обращение в РФ транспортных средствах категорий М1 – М3, N1 – N3, L и O, которые:

• Произведены в РФ;
• Ввезены официальными импортерами;
• Ввезены небольшими компаниями или частными лицами.

Единственное исключение предусмотрено для ТС, пересекающих границу России для нахождения на территории страны не дольше 6 месяцев.

Автомобили без ЭРА-ГЛОНАСС – сложности с ввозом и эксплуатацией

Законодательного запрета на осуществление непосредственно ввоза автомобилей, не оснащенных терминалом ЭРА-ГЛОНАСС, не существует, однако имеется следующее ограничение: если в документах ввозимого транспортного средства в разделе «Особые отметки» отсутствует информация об установке терминала ЭРА-ГЛОНАСС, то сотрудники таможенных органов не выдадут такому автомобилю ПТС.

Соответственно, без ПТС автомобиль нельзя будет на территории России ни продать, ни поставить на учет и эксплуатировать – автомобиль, купленный за рубежом и еще не оснащенный системой ЭРА-ГЛОНАСС, может перемещаться только на эвакуаторе.

Зарубежные аналоги

С 2015 года весь транспорт, продаваемый на территории Евросоюза, должен быть укомплектован терминалами, работающими в системе eCall – ближайшего аналога российской навигационной системы ЭРА-ГЛОНАСС. Фактически eCall работает так же, как работает ЭРА-ГЛОНАСС: она предполагает срабатывание датчиков при аварии и автоматическую передачу информации по экстренному номеру 112.

В Японии уже в 1980-х на всех дорогах страны начала функционировать интеллектуальная транспортная система, созданная для полной автоматизации управления дорожным движением. Специальное бортовое навигационно-коммуникационное оборудование, установленное на все автомобили, позволяет осуществлять контроль местонахождения и состояния транспортного средств. Успешная деятельность системы позволила значительно снизить смертность на дорогах Японии – в 2009 году она составила 5 тыс. человек, и власти страны планируют привести этот показатель к нулю.

В США с 2006 года используется аналогичная система NG9-1-1.

Узнать цены

• Навигация:

Что не пишут в википедии о глобальных навигационных спутниковых системах

Вдохновлённый серией постов «Теория радиоволн», я решился на аналогичный пост о системах спутникового позиционирования. Я работаю в структуре, которая занимается обеспечением функционирования системы ГЛОНАСС, поэтому постараюсь рассказать о ней и её конкурентах с несколько другой точки зрения. Пост будет именно об их устройстве, попутно хотелось бы развеять несколько мифов.
Постараюсь обойтись без выкладывания прописных истин и сведений, которые любой желающий может почерпнуть в википедии, но порой без них не обойтись, прошу отнестись с пониманием.

Структура систем

• подсистема навигационных космических аппаратов (НКА)
• подсистема наземного комплекса управления (НКУ)
• подсистема навигационной аппаратуры потребителей (НАП)

Как это работает

Подсистема НКА представляет собой некоторое количество спутников, согласованно движущихся по специально выбранным орбитам. Основное условие при выборе орбит — в любой точке планеты в любой момент времени должно быть видно не менее 4 спутников (почему именно четыре, будет объяснено ниже). На каждом из аппаратов установлены атомные часы — цезиевые, рубидиевые или их комбинация, в зависимости от модификации — синхронизированные с часами на центральном синхронизаторе системы. Синхронизированные — это не значит что они идут синфазно, это значит что известна разница хода часов. Именно центральный синхронизатор и хранит так называемую системную шкалу времени. Наш центральный синхронизатор находится в Подмосковье, американский в Подвашингтонье, что и неудивительно.
Каждый аппарат излучает несущее колебание в двух частотных диапазонах L1 и L2. Все НКА системы GPS излучают на общих частотах, 1575,42 МГц и 1227,60 МГц для L1 и L2 соответственно, а НКА системы ГЛОНАСС излучают на разнесённых частотах, называемых литерами (аппараты, находящиеся на противоположных точках орбиты излучают на одной литере). Разница между литерами составляет 562,5 кГц, для поддиапазона L1 и 437,5 кГц для L2, нулевая литера имеет частоты 1602 МГц и 1245 МГц соответственно.
Несущее колебание модулируется специальной кодовой последовательностью таким образом, что фаза кодового сигнала совпадает с показаниями часов спутника (если кому интересно — модуляция фазовая). В системе GPS каждый аппарат имеет уникальную кодовую последовательность, что позволяет различать их сигналы, несмотря на общую частоту. В ГЛОНАСС же используется частотное разделение, поэтому все аппараты имеют одинаковую кодовую последовательность. Дополнительно сигналы спутников модулируются навигационными сообщениями, которые содержат параметры полиномиальной математической модели движения спутника и модели смещения показаний спутниковых часов относительно системной шкалы времени.

Структура сигнала космических аппаратов ГЛОНАСС

Навигационные сообщения также содержат параметры ионосферы (позволяет учитывать задержку сигналов в ионосфере), разницу между системной шкалой времени и мировой координированной шкалой времени и много еще всякой другой полезной информации. Упрощенно, подсистема НКА — это сеть синхронизированных, движущихся в пространстве часов, с известными в любой момент координатами.

Наземный комплекс управления — это сеть наземных станций, обеспечивающих определение параметров движения космических аппаратов, параметров хода их часов.На пунктах ведутся измерения параметров вращения планеты, параметров атмосферы, там уточняют характеристики гравитационного поля Земли и обеспечивают хранение мировой системы координат. Функционально в состав НКУ входит немалое количество научно-исследовательских учреждений и лабораторий. Ну и разумеется, именно наземный комплекс все эти данные обрабатывает и закладывает на аппараты, которые уже транслируют их в составе навигационного сообщения.
Наземный комплекс — это и базовые пункты с калиброванными приёмниками, и пункты федеральной астрономо-геодезической сети, и радиоинтерферометры со сверхдлинной базой, и лазерные дальномеры, и множетсво других интересных вещей. Вообще функции наземного комплекса очень разнообразны, его деятельность слишком обширна, чтобы включить её в эту статью. Если кого-то заинтересует — попробую написать статью и об этом.

Сеть станций наземного комплекса управления ГЛОНАСС

• разделение сигнала от каждого спутника (по кодовой последовательности для GPS и по частоте для ГЛОНАСС).
• определение показаний часов НКА на момент излучения принятого сигнала путём обработки кодовой последовательности. Как упоминалось выше, кодовая последовательность синхронизирована с бортовыми часами аппарата.
• приём навигационного сообщения. Это даст следующие данные: положение аппарата и разницу хода его часов и системной шкалы времени. Мы уже можем определить момент излучения сигнала спутником в системной шкале времени.
• определение показаний собственных часов приёмника в момент приёма сигнала от спутников. Таким образом, мы определяем время распространения сигнала от спутника до приёмника. Но это время мы определим с погрешностью, равной разнице хода часов приёмника и системной шкалы времени. Очевидно, что эта погрешность будет одинакова для всех аппаратов.

Разумеется это сильно упрощенная схема работы навигационных систем, про любой компонент можно рассказывать очень долго. Так что, если кого-то заинтересует, я готов углубиться в любой из аспектов работы ГНСС.

Срыв покровов

Сразу скажу, тут я просто рассмотрю наиболее распространённые вопросы и заблуждения, с которыми сталкиваюсь постоянно. Ну и постараюсь объяснить реальное состояние дел, в меру своей компетентности конечно.

Почему ГЛОНАСС такой плохой?

Наиболее распространенный вопрос.
Начну с того, что ГЛОНАСС не во всём хуже GPS.
Например, в приполюсных областях группировка ГЛОНАСС обеспечивает лучшее покрытие, в силу более оптимальной конфигурации орбитальной группировки. Впрочем в приэкваториальных областях ситуация обратная по той же причине. Ноги растут из военного назначения обеих систем, а военные интересы Советского Союза и США были сконцентрированы именно в этих областях.
Кроме того, частотное разделение сигналов действительно улучшает помехоустойчивость системы ГЛОНАСС. Это же частотное разделение тянет за собой и множество проблем, но факт остаётся фактом — в случае вооружённого конфликта подавить нашу ГНСС будет сложнее.
Сама система непрерывно прогрессирует. Пусть не так быстро как хотелось бы, пусть это сопровождается коррупционными скандалами с какими-то астрономическими суммами, но весь мир признаёт, что ГЛОНАСС стабильно держится на дистанции четырёх-пятилетнего отставания от GPS, и разрыв не увеличивается. Кстати, не надо думать, что GPS сильно дешевле, он тоже стоит чудовищных денег, которые не всегда тратятся как следует.
Так почему же ГЛОНАСС отстаёт? Мало кто знает, что система ГЛОНАСС старше GPS на несколько лет (формально сама система моложе, но её прототипы появились раньше и сама отработка технологии началась раньше). Американцы разумеется наблюдали за её созданием, и создали свою, постаравшись учесть наши ошибки, которые другим способом предугадать было невозможно. Избежав наших системных ошибок, и не останавливая развитие (в отличие от нас, в девяностые вся наша спутниковая группировка едва не оказалась на дне Тихого океана) они превратились из отстающих в опережающих.

Военные коды

Как известно, НКА обеих систем излучают сигналы двух видов: стандартной точности (СТ-код для ГЛОНАСС, C/A для GPS) и высокой точности (аналогично ВТ-код и P/Y-код). СТ-код ГЛОНАСС излучается в обоих частотных диапазонах, а C/A код GPS только в частотном диапазоне L1 (за исключением нескольких НКА новой серии). Сигналы высокой точности излучаются в обоих частотных диапазонах. Различаются эти сигналы кодовой последовательностью, при этом сигналы с кодом высокой точности имеют более широкую полосу, что повышает точность и затрудняет подавление.
Традиционно сигналы высокой точности считаются военными, стандартные сигналы считаются гражданскими. Это только отчасти верно. Кодовая последовательность P-кода и ВТ-кода на данный момент открыта для широкого применения: американцы официально опубликовали свои кодовые последовательности, а заодно и наши (откуда они их узнали, оставим за кадром). Поэтому сейчас любой производитель совершенно свободно может создавать приёмники, принимающие военные сигналы (и создают, вся прецизионная аппаратура принимает все виды сигналов на всех частотах). Особенность в том, что в случае необходимости эти коды меняются по особому алгоритму, разумеется засекреченному. И вот после такой смены кодовых последовательностей только военная аппаратура сможет их принимать, поскольку в неё изначально этот самый алгоритм зашивается.
Более того, в случае необходимости на сигналы стандартной точности накладывается еще и кодирование, которое не мешает принимать эти сигналы, но не позволяет определять положение лучше пары сотен метров в принципе.
Все эти манипуляции могут производиться не глобально, а только над некоторым регионом земного шара, что продемонстрировали американцы во время войны в Ираке, лишив весь Ближний Восток нормального GPS. Аналогично поступали наши во время конфликта с Грузией, что особого резонанса не вызвало, поскольку пользователей ГЛОНАСС в Грузии не сыскать.

Шкалы GPS, ГЛОНАСС, UTC

Что такое системные шкалы времени я уже рассказал. Так же упоминал мировую координированную шкалу времени UTC. Некоторые путают все эти понятия, я попробую отделить мух от котлет и объяснить в чем отличия. Мировая координированная шкала времени UTC — это аналитическая шкала времени (то есть она не имеет физической реализации, ведётся «на кончике пера»), которая высчитывается путём сличения шкал времени с эталонов времени и частоты всех мировых лабораторий времени. Соответственно шкалы самих эталонов в этих лабораториях именуются по названию страны или учреждения. Например шкала нашего национального эталона называется UTC(SU) (SU, потому что по этой же шкале живут практически все страны бывшего Советского Союза), шкала американского института стандартов NIST называется UTC(NIST). В американской военно-морской обсерватории USNO (самая мощная в мире лаборатории времени и частоты) ведётся шкала UTC(USNO), к которой подтягивают центральный синхронизатор системы GPS. Подтягивают, но разница между шкалами всё равно всегда есть, порядка нескольких наносекунд, и эта разница передаётся в навигационном сообщении спутников GPS. Таким образом, любой GPS приёмник может выдавать как системную шкалу времени, так и шкалу времени UTC(USNO). Аналогично обстоят дела для системной шкалы времени ГЛОНАСС и UTC(SU). Вот только вращение нашей планеты замедляется, и шкалу времени UTC раз в несколько лет корректируют на одну секунду. А системные шкалы времени не корректируются и разница между системными шкалами и мировым координированным временем на данный момент составляет 16 секунд.
Всем спасибо за внимание, надеюсь что было интересно.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Как это работает

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

• цезиевые,
• рубидиевые
• или их комбинация,

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

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

Структура сигнала космических аппаратов ГЛОНАСС

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

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

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

Кроме собственно пунктов управления НКУ включает:

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

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

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

На этом этапе обработки известными являются:

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

А неизвестными являются:

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

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

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

Военные коды

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

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

И множество других практических областей

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

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

GPS и ГЛОНАСС: в чем разница

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

Технические отличия навигационных систем

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

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

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

Орбитальная группировка ГЛОНАСС

Эксплуатационные различия

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

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

Дальнейшее совершенствование технологий позволит снизить погрешность измерений да сантиметровых значений.

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

Практическое использование

Что такое ГЛОНАСС для обывателя?

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

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

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

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

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

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

Контроль транспорта: ГЛОНАСС и GPS-навигация -источник экономии

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

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

Что дает контроль транспорта?

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

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

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

Технологии ГЛОНАСС и GPS в деле контроля транспорта

Алгоритм подключения к сервису спутниковой навигации предельно прост:

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

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

* Все иллюстрации взяты из ИНТЕРНЕТ