Gps vs глонасс: какая система лучше. Что выбрать: российскую или американскую спутниковую навигацию
Модель КА Глонасс-М на выставке CeBIT 2011
«Глонасс-М» (наименование по ОКР: «Ураган-М» , Индекс ГРАУ: 11Ф654М , 14Ф113 ) - серия российской глобальной навигационной системы ГЛОНАСС 2-го поколения, разработанная и выпускаемая ОАО «ИСС» имени академика М. Ф. Решетнёва. От спутников серии «Глонасс» (1-е поколение) отличаются гарантированным сроком активного существования (7 лет). Эти излучают, в отличие от аппаратов предыдущего поколения, уже по 2 сигнала для гражданских потребителей, что позволяет существенно повысить точность местоопределения.
30 июля 2015 года было объявлено о завершении производства спутников серии «Глонасс-М». Им на замену придут аппараты следующего поколения: «Глонасс-К» и «Глонасс-К2».
Тактико-технические данные
- масса - 1415 кг,
- гарантированный срок активного существования - 7 лет,
- особенности - 2 сигнала для гражданских потребителей,
- по сравнению со спутниками предшествующего поколения («Глонасс») точность определения местоположения объектов повышена в 2,5 раза,
- мощность СЭП - 1400 Вт,
- начало лётных испытаний - 10 декабря 2003 года.
- отечественная бортовая ЦВМ на базе микропроцессора с системой команд VAX 11/750(К1839)
Аварии и происшествия
- В июле 2010 года в Ульяновской области в аварию попал состав, перевозивший . Перевозимая ракета предназначалась для проведения 2 сентября запуска с трёх навигационных спутников «Глонасс-М».
- Запуск ракеты-носителя «Протон-М», произведённый 5 декабря 2010 года, в 15 часов 13 минут (мск) окончился неудачей. После старта «Протон-М» изменил заданной траектории полёта и ещё до отделения ушёл по тангажу на 8 градусов и ракета вышла на незамкнутую орбиту. Ко времени отделения разгонного блока ДМ-3 (11С861-03) с 3 спутниками «ГЛОНАСС-М», который прошёл в штатном режиме, он уже находился на нештатной траектории полёта, а затем и вовсе вышел из зоны радиовидимости российских средств слежения. Телеметрии с разгонного блока после его отделения от «Протона» специалисты так и не получили. Остатки разгонного блока ДМ с тремя спутниками «Глонасс-М» упали в Тихом океане в районе Гавайских островов. Полный ущерб от потери спутников оценивался в $90 млн., при этом страхованием была покрыта только примерно тридцатая часть ущерба – страховая сумма составила $3,5 млн. Страхованием занималась страховая компания «Страховой центр „Спутник“», спутники были перестрахованы на $3,3 млн в страховой компании «Русский страховой центр».
- 2 июля 2013 года ракета-носитель «Протон-М» с разгонным блоком ДМ-03 (11С861-03) и тремя российскими навигационными космическими аппаратами «Глонасс-М» - «Ураган-М» №48, «Ураган-М» №49, «Ураган-М» №50 , стартовавшая с Байконура, упала на первой минуте старта. Ни один из потерянных спутников не был застрахован из-за дефицита выделяемых Роскосмосом на эту статью средств, а также из-за решения не страховать серийные спутники.
Система ГЛОНАСС
Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) - советская/российская спутниковая система навигации, разработана по заказу Министерства обороны СССР. Одна из двух функционирующих на сегодня систем глобальной спутниковой навигации (китайская система спутниковой навигации Бэйдоу на данный момент функционирует как региональная).
ГЛОНАСС предназначена для оперативного навигационно-временного обеспечения неограниченного числа пользователей наземного, морского, воздушного и космического базирования. Доступ к гражданским сигналам ГЛОНАСС в любой точке земного шара, на основании указа Президента РФ, предоставляется российским и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.
Основой системы должны являться 24 спутника, движущихся над поверхностью в трёх орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой орбит 19400 км. Принцип измерения аналогичен американской системе навигации . Основное отличие от системы GPS в том, что спутники ГЛОНАСС в своём орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им бо́льшую стабильность. Таким образом, группировка КА ГЛОНАСС не требует дополнительных корректировок в течение всего срока активного существования. Тем не менее, срок службы спутников ГЛОНАСС заметно короче.
В настоящее время развитием проекта ГЛОНАСС занимается Роскосмос и ОАО «Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем». Для обеспечения коммерциализации и массового внедрения технологий ГЛОНАСС в России и за рубежом постановлением Правительства РФ в июле 2009 года был создан «Федеральный сетевой оператор в сфере навигационной деятельности», функции которого были возложены на ОАО «Навигационно-информационные системы». В 2012 году федеральным сетевым оператором в сфере навигационной деятельности определено Некоммерческое Партнёрство «Содействие развитию и использованию навигационных технологий».
История развития
Модель КА Глонасс-К на выставке CeBIT
Официально начало работ по созданию ГЛОНАСС было положено в декабре 1976 года специальным постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР. Данный проект являлся продолжением развития отечественной навигационной спутниковой системы, начатой программой «Циклон».
Сроки работ по созданию системы неоднократно сдвигались, первые лётные испытания были начаты 12 октября 1982 года запуском на орбиту первого спутника «Ураган» 11Ф654 и двух массо-габаритных макетов 11Ф654ГВМ. В последующих шести запусках на орбиту выводились по два штатных аппарата и одному макету. Применение макетов являлось следствием неготовности электронной части спутников. Только 16 сентября 1986 года с восьмого по счёту запуска были выведены сразу три штатных аппарата. Два раза в 1989 году вместе с двумя спутниками «Ураган» на орбиту выводились пассивные геодезические аппараты «Эталон», которые использовались для уточнения параметров гравитационного поля и его влияния на орбиты КА «Ураган».
4 апреля 1991 года в составе ГЛОНАСС в двух орбитальных плоскостях оказалось одновременно 12 работоспособных спутников системы и 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию Министерством обороны России. В этом же году США вывели на орбиту последний 24-й спутник (первый спутник США вывели на орбиту в 1974 году). После чего стали проводиться запуски в третью орбитальную плоскость. 14 декабря 1995 года после 27-го запуска «Протона-К» с «Ураганами» спутниковая группировка была развёрнута до штатного состава - 24 спутника.
Всего с октября 1982 г. по декабрь 1998 г. на орбиту были выведены 74 КА «Ураган» и 8 массо-габаритных макетов. В период развёртывания системы 6 «Ураганов» оказались утерянными из-за отказов разгонного блока 11С861. Согласно оценкам, проведённым в 1997 году, на развёртывание ГЛОНАСС было потрачено около 2,5 млрд долларов.
В дальнейшем вследствие недостаточного финансирования, а также из-за малого срока службы, число работающих спутников сократилось к 2001 году до 6.
В августе 2001 года была принята федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система», согласно которой полное покрытие территории России планировалось уже в начале 2008 года, а глобальных масштабов система достигла бы к началу 2010 года. Для решения данной задачи планировалось в течение 2007, 2008 и 2009 годов произвести шесть запусков РН и вывести на орбиту 18 спутников - таким образом, к концу 2009 года группировка вновь насчитывала бы 24 аппарата.
В 2002 году был осуществлён переход на обновлённую версию геоцентрической системы координат ПЗ-90 - ПЗ-90.02.
С 2004 года запускаются новые КА “Глонасс-М”, которые транслируют два гражданских сигнала на частотах L1 и L2.
В 2007 году проведена 1-я фаза модернизации наземного сегмента, вследствие чего увеличилась точность определения координат. Во 2-й фазе модернизации наземного сегмента на 7 пунктах наземного комплекса управления устанавливается новая измерительная система с высокими точностными характеристиками. В результате этого к концу 2010 года увеличится точность расчёта эфемерид и ухода бортовых часов, что приведёт к повышению точности навигационных определений.
В конце марта 2008 года совет главных конструкторов по российской глобальной навигационной спутниковой системе (ГЛОНАСС), заседавший в Российском научно-исследовательском институте космического приборостроения, несколько скорректировал сроки развёртывания космического сегмента ГЛОНАСС. Прежние планы предполагали, что на территории России системой станет возможно пользоваться уже к 31 декабря 2007 года; однако для этого требовалось 18 работающих спутников, некоторые из которых успели выработать свой гарантийный ресурс и прекратили работать. Таким образом, хотя в 2007 году план по запускам спутников ГЛОНАСС был выполнен (на орбиту вышли шесть аппаратов), орбитальная группировка по состоянию на 27 марта 2008 года включала лишь шестнадцать работающих спутников. 25 декабря 2008 года количество было доведено до 18 спутников.
На совете главных конструкторов ГЛОНАСС план развёртывания системы был скорректирован с той целью, чтобы на территории России система ГЛОНАСС заработала хотя бы к 31 декабря 2008 года. Прежние планы предполагали запуск на орбиту двух троек новых спутников «Глонасс-М» в сентябре и в декабре 2008 года; однако в марте 2008 года сроки изготовления спутников и ракет были пересмотрены, чтобы ввести все спутники в эксплуатацию до конца года. Предполагалось, что запуски состоятся раньше на два месяца и система до конца года в России заработает. Планы были реализованы в срок.
29 января 2009 года было объявлено, что первым городом страны, где общественный транспорт в массовом порядке будет оснащён системой спутникового мониторинга на базе ГЛОНАСС, станет Сочи. На тот момент ГЛОНАСС-оборудование производства компании «М2М телематика» было установлено на 250 сочинских автобусах.
В ноябре 2009 года было объявлено, что Украинский научно-исследовательский институт радиотехнических измерений (Харьков) и Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения (Москва) создадут совместное предприятие. Стороны создадут систему спутниковой навигации для обслуживания потребителей на территории двух стран. В проекте будут использованы украинские станции коррекции для уточнения координат систем ГЛОНАСС.
2 сентября 2010 года общее количество спутников ГЛОНАСС было доведено до 26 - группировка была полностью развёрнута для полного покрытия Земли.
В 2011 году была модернизирована система наземного комплекса управления. Результатом программы модернизации стало увеличение точности навигационных определений системы ГЛОНАСС в 2-2,5 раза, что составляет порядка 2,8 м для гражданских потребителей.
26 февраля того же года был запущен первый КА Глонасс-К, в котором реализованы дополнительные сигналы в формате CDMA и тестируется новый открытый сигнал в диапазоне L3.
С 2012 до 2020 года на развитие ГЛОНАСC из бюджета РФ выделено 320 миллиардов рублей. В этот период планируется изготовить 15 спутников «Глонасс-М» и 22 «Глонасс-К».
В июле 2012 года было возбуждено дело по факту необоснованного расходования и хищения более 6,5 миллиардов рублей, выделенных на развитие спутниковой системы. 13 мая 2013 года было возбуждено ещё одно уголовное дело по статье «Мошенничество в особо крупном размере» по выявленному факту злоупотребления полномочиями и хищения 85 млн рублей.
В 2014 году начались работы над обеспечением совместимости российской и китайской навигационных систем ГЛОНАСС и «Бэйдоу».
7 декабря 2015 года было объявлено о завершении создания системы ГЛОНАСС. Готовая система была направлена на заключительные испытания Минобороны РФ.
Навигация
Спутники ГЛОНАСС находятся на средневысотной круговой орбите на высоте 19400 км с наклонением 64,8° и периодом 11 часов 15 минут. Такая орбита оптимальна для использования в высоких широтах (северных и южных полярных регионах), где сигнал GPS ловится плохо. Спутниковая группировка развёрнута в трёх орбитальных плоскостях, с 8 равномерно распределёнными спутниками в каждой. Для обеспечения глобального покрытия необходимы 24 спутника, в то время как для покрытия территории России необходимы 18 спутников. Сигналы передаются с направленностью 38° с использованием правой круговой поляризации, мощностью 316-500 Вт (EIRP 25-27 dBW).
Для определения координат приёмник должен принимать сигнал как минимум четырёх спутников и вычислить расстояния до них. При использовании трёх спутников определение координат затруднено из-за ошибок, вызванных неточностью часов приёмника.
Навигационные сигналы
FDMA-сигналы
Используются два типа навигационных сигналов: открытые с обычной точностью и защищённые с повышенной точностью.
Сигналы передаются методом расширения спектра в прямой последовательности (DSSS) и модуляцией через двоичную фазовую манипуляцию (BPSK). Все спутники используют одну и ту же псевдослучайную кодовую последовательность для передачи открытых сигналов, однако каждый спутник передаёт на разной частоте, используя 15-канальное разделение по частоте (FDMA). Сигнал в диапазоне L1 находится на центральной частоте 1602 МГц, а частота передачи спутников определяется по формуле 1602 МГц + n × 0,5625 МГц, где n это номер частотного канала (n =−7,−6,−5,…0,…,6, ранее n =0,…,13). Сигнал в диапазоне L2 находится на центральной частоте 1246 МГц, а частота каждого канала определяется по формуле 1246 МГц + n ×0.4375 МГц. Противоположно расположенные аппараты не могут быть одновременно видны с поверхности Земли, поэтому 15 радиоканалов достаточно для 24 спутников.
Открытый сигнал генерируется через сложение по модулю 2 трёх кодовых последовательностей: псевдослучайного дальномерного кода со скоростью 511 кбит/c, навигационного сообщения со скоростью 50 бит/c, и 100 Гц манчестер-кода. Все эти последовательности генерируются одним тактовым генератором. Псевдослучайный код генерируется 9-шаговым сдвиговым регистром с периодом 1 мс.
Навигационное сообщение открытого сигнала транслируется непрерывно со скоростью 50 бит/c. Суперкадр длиной 7500 бит требует 150 секунд (2,5 минуты) для передачи полного сообщения и состоит из 5 кадров по 1500 бит (30 секунд). Каждый кадр состоит из 15 строк по 100 бит (2 секунды на передачу каждой строки), 85 бит (1,7 секунды) данных и контрольных сумм и 15 бит (0,3 секунды) на маркер времени. Строки 1-4 содержат непосредственную информацию о текущем спутнике и передаются заново в каждом кадре; данные включают эфемериды, смещения тактовых генераторов частот, а также состояние спутника. Строки 5-15 содержат альманах; в кадрах I-IV передаются данные на 5 спутников в каждом, а в кадре V - на оставшиеся четыре спутника.
Эфемериды обновляются каждые 30 минут с использованием измерений наземного контрольного сегмента; используется система координат ECEF (Earth Centered, Earth Fixed) для положения и скорости, и также передаются параметры ускорения под действием и . Альманах использует модифицированные кеплеровы элементы и обновляется ежедневно.
Защищённый сигнал повышенной точности предназначен для авторизованных пользователей, таких как Вооружённые силы РФ. Сигнал передаётся в квадратурной модуляции с открытым сигналом на тех же самых частотах, но его псевдослучайный код имеет в десять раз большую скорость передачи, что повышает точность определения координат. Хотя защищённый сигнал не зашифрован, формат его псевдослучайного кода и навигационных сообщений засекречен. По данным исследователей, навигационное сообщение защищённого сигнала L1 передаётся со скоростью 50 бит/c без использования манчестер-кода, суперкадр состоит из 72 кадров размером по 500 бит, где каждый кадр состоит из 5 строк из 100 бит и требует 10 секунд для передачи. Таким образом, всё навигационное сообщение имеет длину 36 000 бит и требует для передачи 720 секунд (12 минут); предполагается, что дополнительная информация используется для повышения точности параметров солнечно-лунных ускорений и коррекции частоты тактовых генераторов.
CDMA-сигналы
C середины 2000-х годов готовится введение сигналов ГЛОНАСС с кодовым разделением.
Формат и частоты новых сигналов окончательно не определены. По предварительным данным разработчиков, в спутниках Глонасс-К2 будут использоваться три открытых и два зашифрованных сигнала в формате CDMA.
Открытый сигнал L3OC передаётся на частоте 1202,025 МГц, использует двоичную фазовую манипуляцию BPSK(10) для пилотного и информационного сигналов; псевдослучайный дальномерный код транслируется с частотой 10,23 миллионов импульсов (чипов) в секунду и модулируется на несущей частоте через квадратурную фазовую манипуляцию QPSK, при этом пилотный и информационный сигналы разнесены по квадратурам модуляции: информационный сигнал находится в фазе, а пилотный - в квадратуре. Информационный сигнал дополнительно модулирован 5-битным кодом Баркера, а пилотный сигнал - 10-битным кодом Ньюмана-Хоффмана.
Открытый сигнал L1OC и защищённый сигнал L1SC передаются на частоте 1600,995 МГц, а открытый сигнал L2OC и защищённый сигнал L2SC - на частоте 1248,06 МГц, перекрывая диапазон сигналов формата FDMA. Открытые сигналы L1OC и L2OC используют мультиплексирование с разделением по времени для передачи пилотного и информационного сигналов; используется модуляция BPSK(1) для информационного и BOC(1,1) для пилотного сигналов. Защищённые широкополосные сигналы L1SC и L2SC Шаблон: Неи АИ2 для пилотного и информационного сигналов, и передаются в квадратуре по отношению к открытым сигналам; при таком типе модуляции пик мощности смещается на края частотного диапазона и защищённый сигнал не мешает открытому узкополосному сигналу, передающемуся на несущей частоте.
Модуляция BOC (binary offset carrier, двоичный сдвиг несущей) используется в сигналах систем Galileo и модернизированной GPS; в сигналах GLONASS и стандартной GPS используется двоичная фазовая манипуляция (BPSK), однако и BPSK и QPSK являются частными случаями квадратурной амплитудной модуляции (QAM-2 и QAM-4).
Навигационное сообщение сигнала L3OC передаётся со скоростью 100 бит/c. Один кадр размером 1500 бит передаётся за 15 секунд и включает 5 текстовых строк, каждая длиной 300 бит (3 секунды). В каждом кадре содержатся эфемериды текущего спутника и часть системного альманаха для трёх спутников. Суперкадр состоит из 8 кадров и имеет размер 12000 бит, таким образом на получение альманаха для всех 24 спутников требуется 120 секунд (2 минуты). В будущем суперкадр может быть расширен до 10 кадров или 15000 бит (150 секунд или 2,5 минуты на передачу) для поддержки работы 30 спутников. В каждой строке передаётся системное время.Секунда координации UTC учитывается удлинением (с заполнением нулями) либо укорачиванием последней строки месяца на длительность одной секунды (100 бит), укороченные строки отбрасываются аппаратурой приёмника.
| Модернизация системы «Глонасс» | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Серия КА | Год развёр-тывания | Состо- | Ста-биль-ность час-тоты | Сигналы FDMA | Сигналы CDMA | Совместимые сигналы CDMA | |||||
| 1602 + n× | 1246 + n× | 1600.995 МГц | 1248.06 МГц | 1202.025 МГц | 1575.42 МГц | 1207.14 МГц | 1176.45 МГц | ||||
| «Глонасс» | 1982-2005 | Выведен
эксплу-атации |
5·10 −13 | L1OF, L1SF | L2SF | ||||||
| «Глонасс-М» | 2003-2016 | В эксплу-атации | 1·10 −13 | L1OF, L1SF | L2OF, L2SF | ||||||
| «Глонасс-К1» | 2011, 2014 | Лётно-конструк-торские испыта-ния | 5·10 −14 | L1OF, L1SF | L2OF, L2SF | L3OС | |||||
| «Глонасс-К2» | после 2016 | В раз-работке | 5·10 −14 | L1OF, L1SF | L2OF, L2SF | L1OC, L1SC | L2OC, L2SC | L3OC | |||
| «Глонасс | 2025 | На
стадии изучения |
L1OF, L1SF | L2OF, L2SF | L1OC, L1SC | L2OC, L2SC | L3OC, L3SC | L1OCM | L3OCM | L5OCM | |
| «O»: открытый сигнал стандартной точности / «S»: шифрованный сигнал высокой точности «F»: частотное разделение каналов (FDMA) / «С»: кодовое разделение каналов (CDMA) n = −7,−6,−5,…,0,…,5,6. |
|||||||||||
Планировалось с 2014 года оснащать спутники Глонасс-М передатчиками сигнала L3OC, впервые введёнными в спутниках Глонасс-К, но эти планы не реализовались.
В спутниках Глонасс-КМ могут быть введены дополнительные передатчики на частоты и модуляцию сигналов, совпадающие с модернизированной GPS (GPS modernization) и Galileo/Compass. В частности,
- сигнал L1OCM будет использовать модуляцию BOC(1,1) на частоте 1575,42 МГц, которая совпадает с сигналом L1C модернизированной GPS и сигналом E1 систем Galileo/Compass;
- сигнал L3OCM будет использовать модуляцию BPSK(10) на частоте 1207,14 МГц, которая совпадает с сигналом E5b систем Galileo/Compass;
- сигнал L5OCM будет использовать модуляцию BPSK(10) на частоте 1176,45 МГц, которая совпадает с сигналом Safety of Life (L5) модернизированной GPS и сигналом E5a системы Galileo.
Данная конфигурация поможет обеспечить широкую совместимость приёмного оборудования и повысит точность и быстроту определения координат для критически важных применений, в первую очередь в авиационной и морской безопасности.
Технические средства
НАП «ГРОТ-М» (НИИКП, 2003 год), один из первых образцов
Первым приёмником, рассчитанным на работу с американской и российской навигационными системами, был профессиональный прибор компании Ashtech GG24, выпущенный в 1995 году.
Первый потребительский спутниковый навигатор, рассчитанный на совместное использование ГЛОНАСС и GPS, поступил в продажу 27 декабря 2007 года - это был спутниковый навигатор Glospace. В России навигационную аппаратуру выпускают более 10 предприятий.
В целях реализации Постановления Правительства РФ от 25 августа 2008 года № 641 «Об оснащении транспортных, технических средств и систем аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS» НПО Прогресс разработало и выпустило аппаратуру спутниковой навигации ГАЛС-М1, которой уже сегодня могут быть оснащены многие виды военной и специальной техники Вооружённых сил Российской Федерации.
В 2012 году Минтранс России определил технические требования к аппаратуре спутниковой навигации для повышения безопасности перевозок пассажиров автомобильным транспортом, а также транспортировки опасных и специальных грузов.
В мае 2011 года в розничную продажу поступили первые массово производимые ГЛОНАСС/GPS-навигаторы компаний Explay и Lexand. Они были собраны на чипсете MSB2301 тайваньской компании Mstar Semiconductor.
Сегодня модели с поддержкой ГЛОНАСС и GPS есть в продуктовых линейках многих производителей. Доля таких устройств в общем годовом объёме продаж навигаторов достигает 6,6 % (за 8 месяцев 2011 года в России было продано порядка 100 тысяч «двухсистемников»). Сравнительный тест навигатора с ГЛОНАСС/GPS Lexand SG-555 и GPS-навигатора Lexand ST-5350 HD проводила газета Ведомости:
Тест показал, что для поездок по Москве можно обойтись и односистемным навигатором. Но то, что навигаторы «Глонасс/GPS» работают точнее и надёжнее, подтвердилось на практике. Превосходящие характеристики двухсистемных устройств актуальны и в повседневной жизни - например, если вы хотите вовремя перестроиться для поворота на нужную полосу дороги.
Американский производитель мобильных чипов Qualcomm производит семейство микросхем для приёма сигналов GPS и ГЛОНАСС: Snapdragon 2 и 3. В 2011 году объявлен выпуск семейства Snapdragon 4. В настоящее время общее количество моделей устройств с возможностью приёма ГЛОНАСС исчисляется десятками.
Точность
В настоящее время точность определения координат системой ГЛОНАСС несколько отстаёт от аналогичных показателей для GPS.
Согласно данным СДКМна 18 сентября 2012 года, ошибки навигационных определений ГЛОНАСС (при p
= 0,95) по долготе и широте составляли 3-6 м при использовании в среднем 7-8 КА (в зависимости от точки приёма). В то же время ошибки GPS составляли 2-4 м при использовании в среднем 6-11 КА (в зависимости от точки приёма).
При использовании обеих навигационных систем происходит существенный прирост точности. Европейский проект EGNOS, использующий сигналы обеих систем, даёт точность определения координат на территории Европы на уровне 1,5-3 метров.
Система ГЛОНАСС определяет местонахождение объекта с точностью до 2,8 метров, но после перевода в рабочее состояние двух спутников коррекции сигнала системы «Луч» точность навигационного сигнала ГЛОНАСС возрастёт до одного метра (ранее система определяла местонахождение объекта лишь с точностью до 5 м).
К 2015 году планируется увеличить точность позиционирования до 1,4 метра, к 2020 году - до 0,6 метра с дальнейшим доведением до 10 см.
Технологии высокоточного позиционирования на основе ГЛОНАСС уже сегодня широко используются в различных отраслях деятельности. Так, специалисты НИИ Прикладной Телематики разработали уникальное для навигационной отрасли решение - систему дистанционного мониторинга состояния сложных инженерных объектов, которая в режиме реального времени отслеживает смещение сооружений дорожно-транспортной инфраструктуры и оползневых геомассивов (в постобработке с точностью до 4-5 мм), позволяя не только оперативно реагировать на возникновение нештатных и чрезвычайных ситуаций, но и заранее их прогнозировать, своевременно определять появление дефектов дорожных сооружений. Система внедрена и успешно отработана на участке федеральной трассы М27 Джубга-Сочи в районе Хостинской эстакады (участок 194-196 км) - наиболее опасном и сложном с точки зрения прочности элементов конструкции.
Станции дифференциальной коррекции
Россия начала работы по размещению станций системы дифференциальной коррекции и мониторинга для повышения точности и надёжности работы навигационной системы ГЛОНАСС за рубежом. Первая зарубежная станция была построена и успешно функционирует в Антарктиде на станции «Беллинсгаузен». Тем самым обеспечены необходимые условия для непрерывного глобального мониторинга навигационных полей космических аппаратов ГЛОНАСС. Текущая сеть наземных станций насчитывает 14 станций в России, одну станцию в Антарктиде и одну в Бразилии. Развитие системы предусматривает развёртывание восьми дополнительных станций на территории России и нескольких станций за рубежом (дополнительные станции будут размещены в таких странах как Куба, Иран, Вьетнам, Испания, Индонезия, Никарагуа Австралия, две в Бразилии, и ещё одна дополнительная будет размещена в Антарктиде).
Из-за опасений, что системы ГЛОНАСС могут быть использованы в военных целях, госдепартамент США отказал Роскосмосу в выдаче разрешений на строительство на американской территории нескольких российских измерительных станций. Закон о фактическом запрете размещения станций ГЛОНАСС в США был подписан 30 декабря 2013 года. В ответ на это с 1 июня 2014 приостановлена работа на территории Российской Федерации станций для системы GPS. Видимо, это решение касается 19 пока ещё действующих измерительных станций IGS на территории России. Станции IGS не предназначены для функционирования самой системы GPS и имеют в большей степени научное значение. На территории США есть множество подобных станций, передающих данные ГЛОНАСС в режиме реального времени. Данные этих станций находятся в открытом доступе.
Доступность
Значения позиционного геометрического фактора PDOP по системе ГЛОНАСС на земной поверхности (угол места ≥ 5°). Дата: 7 февраля 2016
Информационно-аналитический центр ГЛОНАСС публикует на своём сайте официальные сведения о доступности навигационных услуг в виде карт мгновенной и интегральной доступности, а также позволяет вычислить зоны видимости для данного места и даты. Оперативный и апостериорный мониторинг систем GPS и ГЛОНАСС также осуществляет Российская система дифференциальной коррекции и мониторинга (СДКМ).
Официально прогнозировалось, что ГЛОНАСС догонит GPS по точности к 2015 году, но по официальным данным на первую половину 2015, точность позиционирования составляла 2,7 м и обещания о её повышении «в два раза» были «перенесены» на конец 2015 года. Однако по состоянию 7 февраля 2016 даже официальный «прогноз точности» указывал точность около 2-4 метров.
При совместном использовании ГЛОНАСС и GPS в совместных приёмниках (практически все ГЛОНАСС-приёмники являются совместными) точность определения координат практически всегда отличная вследствие большого количества видимых КА и их хорошего взаимного расположения.
По сообщению Reuters, сотрудники шведской компании Swepos, обслуживающей общенациональную сеть спутниковых навигационных станций, установили, что ГЛОНАСС обеспечивает более точное позиционирование в северных широтах: «работает немного лучше в северных широтах, потому что орбиты её спутников расположены выше, и мы видим их лучше, чем спутники GPS». Йонссон сообщил, что 90 % клиентов его компании используют ГЛОНАСС в комбинации с GPS.
Постановление правительства Российский Федерации от 27 сентября 2011 года об обязательном оснащении пассажирских транспортных средств модулями ГЛОНАСС/GPS вынуждает использовать систему ГЛОНАСС в России.
Модернизация
- На 2015-2017 годы намечен запуск усовершенствованного спутника КА «Глонасс-К2», доработанного по результатам испытаний КА «Глонасс-К1». В дополнение к открытому CDMA сигналу в диапазоне L3, появятся открытые и шифрованные сигналы в диапазонах L1 и L2.
- К 2025 году появится усовершенствованный спутник «Глонасс-КМ», характеристики которого находятся в стадии изучения; предположительно, в новых спутниках будет использоваться до 6 открытых и до 3 зашифрованных сигналов с кодовым разделением.
- После полного перехода на CDMA-сигналы предполагается постепенное увеличение количества КА в группировке с 24 до 30, что, возможно, потребует отключения сигналов FDMA. Рассматриваются варианты с запуском в будущем дополнительных спутников по высокоэллиптической орбите типа «Молния» или «Тундра», либо по геосинхронной или геостационарной орбите, что должно обеспечить более высокую доступность в отдельных регионах за счёт дифференциальной коррекции сигналов ГЛОНАСС от основных спутников.
Спутники
Разработчик и изготовитель спутников - ОАО ИСС имени академика М. Ф. Решетнёва (до 2008 года «НПО ПМ») (Железногорск, Красноярский край).
Текущее состояние
- Всего в составе ОГ ГЛОНАСС: 28 КА
- Используются по целевому назначению: 23 КА
- На этапе ввода в систему: 0 КА
- Временно выведены на техобслуживание: 1 КА
- На исследовании главного конструктора: 2 КА
- Орбитальный резерв: 1 КА
- На этапе лётных испытаний: 1 КА
Многие автовладельцы используют навигаторы в своих автомобилях. При этом некоторые из них не знают о существовании двух различных спутниковых систем – российской ГЛОНАСС и американской GPS. Из этой статьи вы узнаете, в чем же их отличия и какой следует отдать предпочтение.
Как работает навигационная система
Навигационная система в основном используется для того, чтобы определить местоположение объекта (в данном случае автомобиля) и скорость его движения. Иногда от неё требуется и определение некоторых других параметров, например, высоты над уровнем моря.
Вычисляет она эти параметры, устанавливая расстояние между самим навигатором и каждым из нескольких спутников, расположенных на земной орбите. Как правило, для эффективной работы системы необходима синхронизация с четырьмя спутниками. По изменению этих расстояний она и определяет координаты объекта и другие характеристики движения. Спутники ГЛОНАСС не синхронизируются с вращением Земли, из-за чего обеспечивается их стабильность на большом промежутке времени.
Видео: ГлоНаСС vs GPS
Что лучше ГЛОНАСС или GPS и в чем их разница
Системы навигации в первую очередь предполагали их использование в военных целях, и только потом стали доступны для обычных граждан. Очевидно, что военным необходимо использовать разработки своего государства, потому что иностранная система навигации может быть отключена властями этой страны в случае возникновения конфликтной ситуации. Более того, в России призывают использовать систему ГЛОНАСС и в повседневной жизни военным и государственным служащим.
В повседневной жизни обычному автомобилисту и вовсе не стоит переживать по поводу выбора навигационной системы. И ГЛОНАСС, и обеспечивают качество навигации, достаточное для использования в житейских целях. На северных территориях России и других государств, расположенных в северных широтах, спутники ГЛОНАСС работают эффективнее, из-за того, что их траектории передвижения находятся выше над Землей. То есть в Заполярье, в скандинавских странах ГЛОНАСС эффективнее и это признали шведы еще в 2011 году. В других регионах GPS немного точнее ГЛОНАСС в определение местоположения. По данным Российской системы дифференциальной коррекции и мониторинга ошибки GPS составляли от 2 до 8 метров, ошибки ГЛОНАСС от 4 до 8 метров. Но GPS, чтобы определить местоположение нужно поймать от 6 до 11 спутников, ГЛОНАСС хватит 6-7 спутников.
Также следует учесть, что система GPS появилась на 8 лет раньше и ушла в солидный отрыв в 90-ые года. И за последнее десятилетие ГЛОНАСС этот отрыв сократила почти полностью, а к 2020 году разработчики обещают, что ГЛОНАСС не будет ни в чем уступать GPS.
На большинство современных устанавливается комбинированная система, которая поддерживает как российскую спутниковую систему, так и американскую. Именно такие устройства являются наиболее точными и обладают самой низкой ошибкой в определении координат автомобиля. Также возрастает и стабильность принимаемых сигналов, ведь такой аппарат может «увидеть» больше спутников. С другой стороны, цены на такие навигаторы намного выше односистемных аналогов. Оно и понятно – в них встраиваются два чипа, способные принимать сигналы от каждого типа спутников.
Видео: тест GPS и GPS+ГЛОНАСС приемников Redpower CarPad3
Таким образом, наиболее точными и надежными навигаторами являются двухсистемные устройства. Однако их преимущества связаны с одним существенным недостатком – стоимостью. Поэтому при выборе нужно подумать – а нужна ли настолько высокая точность в условиях каждодневного использования? Также для простого автолюбителя не очень важно, какой навигационной системой пользоваться – российской или американской. Ни GPS, ни ГЛОНАСС не дадут вам заблудиться и доставят к желаемому месту назначения.
Необходимость определения своего местоположения, а еще лучше точных географических координат, во все времена была первоочередной задачей мореплавателей, путешественников и военных. Именно для решения военных задач во второй половине 20 века и была задумана глобальная навигационная система. Зародилась идея в США, где уже в 1964 году появилась первая позиционирования, предназначенная для военных целей. В СССР своя система определения местоположения была запущена в 1967 году.
Первые системы были очень несовершенны, точность определения координат была слабой, навигационные спутники часто выходили из строя и свое местоположение можно было узнать примерно раз в 2 часа. Но сама идея была прорывной, и именно на этих первых системах отрабатывалось и доводилось до ума то, что сегодня мы называем навигационной системой определения местоположения. Давайте разберемся, как же работает спутниковая система навигации.
Как работают навигационные системы GPS и ГЛОНАСС
Физические принципы работы навигационной системы
Общий алгоритм работы системы GPS и ГЛОНАСС
- Основная идея;
- Определение расстояния до спутников;
- Синхронизация по времени;
- Определение положения спутника на орбите;
- Корректировка погрешностей.
Основная идея
С появлением искусственных спутников Земли и установкой на них передатчиков радиосигнала гигагерцовой частоты, появилась возможность принимать от них этот сигнал над достаточно обширной территорией. Если измерить точное расстояние до 3-х спутников, то при совмещении 3-х сфер, радиус которых и есть расстояние до спутников, они пересекутся в единственной точке, которая и будет вашим местоположением. Дальнейшие расчеты показали, что для гарантированного наблюдения 3-х спутников с территории любой точки Земли, необходимо запустить 18 передатчиков. А для дополнительного определения положения над поверхностью Земли и точной корректировки времени необходимы данные еще с одного спутника. Соответственно 24 спутника будет достаточно для полного определения координат в любой точке земного шара.
Ударная сила №115: «Космический навигатор»
Определение расстояния до спутников
Из школы мы знаем, что для определения расстояния необходимо скорость объекта умножить на время. Соответственно, зная скорость распространения сигнала, а в вакууме это скорость света, и время его прохождения можно легко рассчитать путь, те есть расстояние до спутника. Чтобы определить промежуток времени необходимо знать точное время подачи и приема сигнала. Для этого на спутнике устанавливаются очень точные атомные часы, и время подачи сигнала записывается и передается отдельным пакетом данных.
На земле навигационный приемник, принимая сигнал, засекает время приема и отнимает от него полученное отдельно время подачи сигнала. Полученный отрезок времени и будет временем прохождения сигнала от спутника до приемника. После умножения данного временного отрезка на скорость света и получится искомое расстояние до спутника.
Система GPS слежения
Синхронизация по времени
Итак, для определения местоположения теоретически необходимо провести измерения расстояний до трех любых спутников. Но в бытовых приемниках навигационных сигналов стоят обычные кварцевые часы, имеющие определенную погрешность. Поэтому для того, чтобы на практике правильно определить местоположение необходимо произвести еще одно измерение до четвертого спутника. Имея четыре измерения расстояний можно с помощью специально созданной компьютерной программы синхронизировать время спутников со временем приемника и определить точное местоположение.
Определение положения спутника на орбите
При проведении расчетов очень важно знать точное место спутника в момент подачи радиосигнала. С помощью компьютеров производится расчет точного положения спутника на орбите через заданные очень маленькие промежутки времени. Эта информация заноситься в память компьютера установленного на спутнике и передается в излучаемом им сигнале.
Корректировка погрешностей
- При любых измерениях существует вероятность ошибок . Источниками ошибок в нашем случае являются преимущественно два фактора: погрешности измерения времени и прохождения радиосигнала через ионосферу Земли.
- Погрешности при измерении времени будут всегда . Просто невозможно сделать часы, сохраняющие точность на протяжении всего времени эксплуатации – все равно понадобиться корректировка набегающей погрешности измерения.
- Еще одно узкое место при расчете расстояния – наличие у Земли ионосферы. Через ионосферу по законам физики радиосигнал не может распространяться со скоростью света, поэтому формула определения пути на этом участке будет рассчитываться неправильно.
- Для того чтобы минимизировать влияние этих факторов вводят так называемые корректировочные коэффициенты , с помощью которых удается значительно улучшить точность вычисления местоположения.
Существующие навигационные системы
В настоящее время есть всего две полностью глобальные системы – GPS и ГЛОНАСС. Физические принципы работы их полностью идентичны, а системы различаются только высотой орбит эшелонов спутников и частотами используемых радиосигналов, кроме того обе системы оснащены дополнительным более точным кодированным радиосигналом используемым только для военных целей. Навигационная система – это комплекс высокотехнологичных, дорогих и очень сложных в обслуживании устройств, располагают которыми пока только США и Россия.
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.
Наличием навигатора даже в бюджетном смартфоне сегодня никого не удивить.
Мы привыкли использовать GPS для поиска нужного адреса или для определения своего местоположения. GPS - аббревиатура от английских слов Global Positioning System. Именно так называется самая первая и самая известная , которая была разработана в США. С 2000 года она стала доступна для гражданского населения всех стран, хотя до этого времени работала исключительно на военные структуры.
Ее популярность настолько велика, что геолокацию наших смартфонов в повседневной жизни мы все-равно называем GPS, хотя в настоящее время используем сигналы и от других систем - российской ГЛОНАСС и . Сегодня мы поговорим о ГЛОНАСС.
История ГЛОНАСС
Разработка ГЛОНАСС началась в Советском Союзе в 1976 году, а с 1986 года стартовали летные испытания первых спутников и их макетов. В конце 90-х годов XX века эти работы приостановились из-за недостатка финансирования.
В 2001 году Российская Федерация вновь взяла курс на запуск собственной навигационной системы, приняв федеральную программу «Глобальная навигационная система». К 2010 году общее количество спутников ГЛОНАСС на орбите составило 26 штук - они обеспечили полное покрытие планеты.
ГЛОНАСС в смартфонах
Вслед за запуском полного функционирования ГЛОНАСС российский провайдер сотовой связи МТС в 2011 году представил свой смартфон с одноименным названием, сделав акцент на поддержку отечественной спутниковой системы. Сам телефон признания не получил, зато известные производители гаджетов стали реализовывать возможность приема сигналов от российских спутников.
Первой после МТС это сделала корпорация Apple, а вслед за ней - Nokia и Samsung. Правда, для рядового пользователя это осталось практически незаметным, так как у большинства смартфонов в меню отсутствуют кнопки, непосредственно связанные с ГЛОНАСС. В большинстве из них включение и настройка спутникового модуля стало осуществляться через пункт меню «Геоданные», в то время как раньше он назывался «GPS».
Навигационные приложения при запуске стали обнаруживать больше спутников с доступным сигналом, а точность местонахождения на карте повысилась в разы. Сам процесс поиска спутников значительно ускорился.
GPS или ГЛОНАСС
К счастью, в повседневной жизни такой выбор делать не нужно, так как геопозиционирование в смартфонах определяется теми спутниками, сигнал от которых сильнее в данный момент времени. Сравнивая эти две системы геолокации, будет сложно сказать, какая из них лучше. Если оценивать точность определения местонахождения, то GPS делает это достовернее - погрешность составляет 1,5 метра, в то время как у ГЛОНАСС - 2,5 метра. Но этот показатель относителен, так как в разное время и в разных местностях может меняться.
Что касается стабильности сигналов, то в северных широтах ГЛОНАСС опережает GPS, так как американская спутниковая система ориентирована на умеренные и экваториальные пояса. В целом, удобно, что в смартфонах GPS и ГЛОНАСС работают одновременно. Как говорится, одна голова хорошо, а две лучше.
Чтобы узнать в зоне действия каких спутников мы находимся, рекомендуем установить одно из приложений с Google Play, например «GPS Info», «GPS test» или «GPS Status». Они осуществляют мониторинг доступных спутников, их количества, названия спутниковых систем и силу сигнала.
Сегодня политическую ситуацию в мире нельзя назвать стабильной. Если США наложит запрет на использование GPS, то у нас есть отличная альтернатива - отечественная система ГЛОНАСС.