Что такое ГЛОНАСС и GPS: как работает спутниковая система
Откуда что пошло
Определение географических координат– задача, которая волновала человека с момента начала его путешествий. Цена этого знания высока– жизнь и здоровье. Алгоритм определения своего местоположения и параметров движения контролируемых объектов со времен древних мореплавателей кардинально не изменился. Процесс сводился и сводится к геометрическим построениям и вычислениям на основе известных параметров (углов, расстояний, интервалов времени), позволяющим определить с максимальной точностью точку на земной поверхности, совпадающую с собственным местоположением. Только если в прошлых столетиях использовались ручные (тщательно сохраняемые) инструменты для определения угловых величин и времени, например:
 |
секстанты |
 |
хронометры |
и другие приборы, а вычисления производились «вручную». При этом за основу измерений брали положение небесных светил (солнце, звезды), то сегодня роль звезд играют навигационные Космические аппараты (КА), а орбитальную группировку систем навигации называют «созвездием». Все вычисления осуществляются автоматически в чипе навигатора, в смартфоне или другом приборе. Точное знание мест положения спутников на небесной сфере позволяет определить координаты объекта и параметры его движения с прецизионной точностью.
Принцип работы.
Как же это работает? В самом общем виде навигационная задача решается путем измерения расстояний от видимых спутников до точки размещения приемника, установленного на объекте. Этот принцип хорошо известен. Зная расстояние до одной точки, можно построить сферу, точки которой равноудалены от данного КА. Имея данные о расстоянии до двух спутников, можно получить кривую (окружность) равноудаленных точек. Имея измерения от трех спутников, количество точек можно сократить до двух. И лишь, измерив расстояние до четырех спутников, получим однозначные координаты расположения объекта. Точность измерений координат отличается в зависимости от взаимного расположения спутников. Поэтому важно, чтобы в процессе измерений участвовало как можно больше спутников. Чем больше, тем точнее. Навигатор или другое навигационное устройство, автоматически выбирает спутники, которые дают максимальную точность.
Но каким же образом измеряется расстояние до спутников? Различными способами:
— грубый — по задержке радиосигнала,
— точный – фазовый,
— дифференциальный.
И эти измерения возможны благодаря наличию на спутниках точных эталонов времени (сродни хронометру на кораблях прошлых столетий). Зная время распространения сигнала от спутника до приемника, измеряется соответствующее расстояние. Для ускорения процесса измерения проводятся сначала по грубой шкале (по задержке сигнала), а потом по точной шкале – фазовый метод. Для уточнения расчётов в необходимых случаях используются дифференциальные поправки к результатам измерений, которые нивелируют отличие в условиях приема навигационного сигнала в различных географических точках. В результате точность определения для гражданских потребителей с использованием первых двух методов измерений составляет несколько сантиметров. При подключении дифференциальных поправок для более точного позиционирования точность может исчисляться миллиметрами.
Какие навигационные спутниковые системы бывают.
Сейчас в мире развернуто несколько глобальных навигационных спутниковых систем. Основные из них:
|
|
ГЛОНАСС – Россия (введена в 1993 году) |
|
|
GPS – США (введена в 1993 году) |
|
|
GALILEO – Евросоюз (в состоянии развертывания) |
|
|
BEIDOU – Китай (введена в 2004 году) |
Глобальная – значит, доступная в любой точке планеты. Существование нескольких глобальных систем, дублирующих друг друга, объясняется, в первую очередь стремлением стран к независимости в таких чувствительных областях, как
- морской транспорт,
- авиация,
- автомобильный транспорт,
- военное дело
и многие другие области, в которых зависимость от иностранных государств может оказаться фатальной. Поэтому преимущественное применение ГЛОНАСС и использование навигационных приемников российского производства в РФ обусловлено, в первую очередь, соображениями государственной безопасности. Использовать только зарубежные системы непредусмотрительно.
Сегодня основными считаются GPS и ГЛОНАСС
ГЛОНАСС или GPS? Какая из них лучше? В чем разница?
Разница между спутниковыми системами GPS и ГЛОНАСС
Недостатки GPS и ГЛОНАСС
Сравнение глобальных навигационных систем показывает, что в их построении и работе нет принципиальных отличий. Однако, можно выделить основные особенности этих систем, проявляющиеся в:
Орбитальном построении ГЛОНАСС — три орбитальные плоскости по 8 штатных КА на каждой. Высота орбиты – 19100км и наклонение 64.8 град. GPS 6 орбитальных плоскостей по 4 штатных КА на каждой орбите, высота орбиты – 20200 км и наклонение 55 град.
Используемые сигналы. В ГЛОНАСС сигналы с навигационной информацией передаются на 12 частотах, а в GPS на одной.
Используемое кодирование навигационных сигналов.
За счет того, что орбиты спутников ГЛОНАСС имеют большее наклонение, чем GPS, зона обслуживания у нее больше за счет крайних северных и южных широт, в которых GPS попросту не видно.
Преимущества GPS и ГЛОНАСС
Теоретически ГЛОНАСС обладает потенциально лучшими характеристиками, чем GPS, выражающимися в:
- большей области покрытия Земли навигационным полем
- лучшей устойчивостью к помехам за счет частотного разделения сигналов от спутников.
Однако в настоящее время количество работающих КА в американской системе больше, чем в Российской, что в ряде случаев позволяет обеспечить большую точность измерений.
Так что всё-таки лучше, ГЛОНАСС или GPS?
Навигационные системы получили широкое применение во многих гражданских областях.
- Морском и речном транспорте, судоходство
- Автомобильном (автомобильный трекер) и железнодорожном транспорте
- В сельском хозяйстве
- В гражданской авиации
- Кадастровые и инженерные работы
- Геодезия и картография.
- Строительство и другие системы мониторинга и позиционирования.
Перспективными областями применения (в обозримом будущем) считается создание автономных средств передвижения:
- беспилотные грузовые и пассажирские перевозки
- беспилотный режим управления в личном автотранспорте
- автономные средства доставки (наземные и воздушные)
- автоматические логистические системы, позволяющие в режиме «он-лайн» планировать перевозки с учетом текущего положения транспортных средств и состояния транспортных сетей.
- автономные сельскохозяйственные машины для посева, уборки и других сельскохозяйственных работ на больших и сложных территориях.
- Роботы для производства различных работ в автономном режиме.
- Другие сферы.
Как правило, используются одновременно обе системы (Глонасс и GPS) для повышения точности и оперативности измерений. Для применения в военных областях, соответственно – российская ГЛОНАСС. В условиях обострения международной обстановки США могут отключать систему GPS над территорией России, поэтому важно, чтобы отечественные объекты были оснащены приемниками, работающими как минимум по сигналам системы ГЛОНАСС.
Ссылки:
