назначение, устройство, как работает, сфера применения
В современных условиях, для определения местоположения, составление маршрута передвижения, а так же для ориентации объектов на поверхности земли, воды и в воздухе используются специальные спутниковые навигационные комплексы. Широкое распространение во многих сферах жизнедеятельности получила Российская навигационная система ГЛОНАСС, которая транслирует спутниковый сигнал не только на территории России, но и в других государствах.
Что такое система ГЛОНАСС и для чего она нужна?
ГЛОНАСС — глобальная навигационная спутниковая система, является Советско-Российской разработкой, обеспечивающей точное позиционирование любого объекта на поверхности планеты Земля. Такое определение положения на поверхности обеспечивается с помощью специального оборудования и спутниковой системы, находившейся на околоземной орбите.
Изначально система использовалась для обеспечения авиа координации, а также в космических и военных целях. С 1967 года первый навигационный спутник серии Космос 192 был запущен для создания первой навигационной системы «Цикада», располагающийся на низкой орбите земли. В дальнейшем система модернизировалась, увеличивалось число спутников и передающих комплексов и к 1995 году было развёрнуто до 24 спутников серии ГЛОНАСС КА на средних и высоких орбитах земли. Старые комплексы Цикада вошли в группировку ГЛОНАСС.
Эволюция ГЛОНАССРазвитие промышленности и технологий создали предпосылки для использования новой российской навигационной системы в следующих областях.
- В логистических транспортных компаниях при грузоперевозках.
- В обеспечении функционирования различных служб такси.
- Для координации курьерских доставок.
- В частном использовании при поездках в транспорте и путешествиях.
И список продолжает пополняться для других потребительских областей.
ГЛОНАСС позволяет проводить следующие действия.
- Мониторинг нужного автотранспорта.
- Регулировать и контролировать перемещение в пространстве земли объектов.
- Получать информацию о технических и прочих характеристиках объектов.
- Обеспечивает связь с объектом.
- Обеспечивает оповещение при аварийных ситуациях.
Структура системы ГЛОНАСС и как она работает?
Структура ГЛОНАСССтруктура системы ГЛОНАСС включает в себя следующие.
- Высокоорбитальный космический комплекс, который состоит из 24 космических спутников серии КА, расположенные на различных околоземных орбитах.
- Системы широкозонного функционирования ГНСС, состоящая из наземных, комплексов дифференциальной коррекции и мониторинга, систем дифференциальной навигации и коррекции в стране и за рубежом.
- Различного фундаментального оборудования для оперативной информации о параметрах вращения и ориентации планеты Земля, формировании скоординированной шкалы времени для регионов страны.
- Устройств, трекеров, маяков и прочего оборудования высокоточного позиционирования с учётом времени для строительных объектов, дорожной структуры, земных геомассивов, оползней, расколов.
- Приёмных телепатических терминалов, портативных приёмных устройств и приборов.
Наземные комплексы располагаются по территории России.
- Центральный пункт управления.
- Две дальномерные лазерные станции.
- Около пяти центров по слежению, управлению и телеметрии.
- До десяти станций контроля и измерения.
Система ГЛОНАСС работает следующим образом.
Принцип работы системы ГЛОНАСС- Со спутников, расположенных на высотах примерно в 19,4 тыс. км., на трёх орбитальных зонах с наклоном на 64,8 градусов передаётся сигнал состоящий из долготы, широты, высоты и времени подачи сигнала к приёмным устройствам.
- Каждый спутник, который находится в зоне излучения сигнала передаёт на объект сигнал точного времени и координирует синхронизацию с системой времени, дальнейший сигнал определяет задержку между излучениями сигнала и временем приёма и выводит на систему координат.
- По этим показаниям определяется местоположения объекта на карте местности, с установлением координат положения или перемещения в пространстве, а так же проводится мониторинг движения и перемещения.
- Коэффициент погрешности от 2 до 6 метров, в зависимости от принимаемого сигнала устройства, воздействия внешних факторов, исправности техники.
- Устройства работают на сигнале FDMA, а так же CDMA и может быть открытым, защищённым, закрытым повышенной точности защищённый и передавать сигнал в других форматах.
Где применяется система ГЛОНАСС?
Для ответа на вопрос: Где применяется система ГЛОНАСС, следует рассмотреть характеристики, которые предусмотрены сигналами стандартными и с высокой точности определения. Существуют следующие категории применения системы ГЛОНАСС.
- Навигация. Предусматривает использование системы в следующих секторах.
- В наземном транспорте. Мониторинг маршрутов, диагностика систем, интеллектуальное развитие.
- В авиации. Контроль параметров взлёт –посадка. Обеспечение безопасности. Составление маршрутов и контроль выполнения. Беспилотное пилотирование.
- Для граждан. Навигационные маршруты, спортивный отдых, путешествия по воде, охота и рыбалка, отметка маяков в памяти.
- В водном транспорте. Проведение мониторинга, навигация судов, построение маршрутов по воде и контроль.
- В космосе. Ориентация объектов по солнцу, корректировка и мониторинг движения по орбитам.
- В сельском хозяйстве. Контроль и мониторинг поливов, посадки, уборки урожая. Контроль и мониторинг сельскохозяйственной техники, Внедрение научных разработок и контроль.
- Диагностирование места положения применяется я в следующих сферах.
- В строительстве, при ремонте дорог, прокладке коммуникаций, отслеживание техники.
- В картографии, при съёмке местности и переносу на планы карт, межевании, геодезии, кадастровых работах.
- Контроль нахождения людей, животных, птиц. Отслеживание перевозок, координация служб и прочее.
- В научных разработках и исследованиях.
- Мониторинг геосферы.
- Анализ полезных ископаемых.
- Контроль за водными и лесными богатствами.
- Совершенствование связи, энергетики и новые разработки.
GPS и ГЛОНАСС – принципиальные отличия
Различия глонасс и gpsКомплекс ГЛОНАСС в некоторых параметрах аналогичен другому глобальному комплексу американскому GPS, но есть некоторое расхождение между ними. Рассмотрим принципиальные отличия GPS и ГЛОНАСС.
- Во–первых расположение на орбите спутников. Американские спутники Navistar располагаются по шести плоскостям, на круговых орбитах. Поэтому в определённой точке на земном шаре осуществляется прием от 6 из 24 аппаратов, что обеспечивает высокую точности GPS.
- Спутники ГЛОНАСС не имеют синхронности, поэтому не требуют корректировки в течении срока эксплуатации и стабильность их выше. Период эксплуатации у них ниже, чем у GPS.
- По стоимости комплекс российский ниже американской, обслуживание и обеспечение дешевле, чем у системы GPS.
- Имеется высокая степень защиты и функционирования на разных частотах и при разделении сигнала. Обеспечивается устойчивость и стабильность.
- Применяется для конкретного российского пользователя и соответствует законодательству РФ.
- Условие определённого наклонения спутников с направленностью в 38 градусов с мощностью до 500Вт и круговой поляризацией на орбите позволяет выполнять на сто процентов задачи по навигации по всей территории РФ, даже при небольших количествах спутников серии КА концентрируемых на объекте.
- Временная система ГЛОНАСС для российской группировки определена национальной координированной шкалой времени UTC(SU) с расхождением не более в 1мс. Поэтому достаточно четырёх спутников для вычисления координат до определённого объекта без погрешностей и ошибок.
В современных условиях комплекс ГЛОНАСС внедряет разные сигналы приёма, налажено сотрудничество по навигации с китайской компанией «БейДоу». Модернизация комплекса позволяет реализовать новые варианты в работе с CDMA сигналом.
Российская компания «Омникомм» предлагает оборудование схожее с европейским аналогом «eCall», но по многим параметрам с высокими функциональными возможностями, что позволяет обеспечивать экстренную связь со службами аварийного реагирования через смартфоны, модемы, через аварийную кнопку SOS.
Данное оборудование более доступно по стоимости, чем GPS и позволяет свободно размещать на любом коммерческом и личном транспорте. Мониторинг ценообразования комплексов ГЛОНАСС повышает его финансовую привлекательность и для зарубежных партнёров.
Можно ли обмануть ГЛОНАСС?
Работа спутников ГЛОНАСС
При внедрении комплекса ГЛОНАСС многие водители посчитали, что можно будет обойти контроль системы и попытались найти обход навигационной системы. Владельцы автопарков и транспорта при внедрении ГЛОНАСС осуществляют контроль за транспортом установленным на автомобиле через онлайн в режиме записи.
Водители считают, вопрос «Можно ли обмануть ГЛОНАСС?» — не актуальным. Но как показывает практика и анализ положение отражает следующее.
- Выполнить слив топлива для дальнейшей его продажи контролируются датчиками в системе.
- Вмешательство в работу трекера для искажения передающих показаний.
- Изменение маршрута, несанкционированное движение.
Основные способы изменения выходных сигналов сводятся к поломке дорогостоящего оборудования и датчиков, так как водитель стремится в первую очередь изменить работу передающих датчиков или спровоцировать его поломку.
Для руководителей и владельцев автотранспорта лучшим решением будет следующее.- Периодически проводить контроль и наблюдение за водителем.
- Проводить периодически тестирование приборов и датчиков.
- Анализ показаний и сверка с другими аналогичными.
Следует знать владельцам, что изменение показаний или ложность их передачи по системе ГЛОНАСС в принципе не возможна. Комплекс ГЛОНАСС имеет защищённость от вмешательства и обладает защитой при нарушениях, при действиях на систему срабатывает сигнализация и передаётся в информационный центр.
Если система при кратковременном режиме не восстановится, формируется аварийный сигнал. Поэтому, водителю нарушителю трудно будет оправдать своё действие или бездействие повлекшее к тревожному сигналу. Такое положение дисциплинирует водителей и повышает их ответственность.
Что такое ЭРА-ГЛОНАСС?
Многие задаются вопросом; что такое ЭРА-ГЛОНАСС и зачем она нужна? Все европейские и многие азиатские страны широко используют системы позиционирования, особенно такие действия актуальны для дальнобойщиков (перевозчиков грузов между странами). Поэтому ответ простой, данная российская группировка ГЛОНАСС выполняет аналогичные функции в стране и ещё реагирует на возникающие аварийные или чрезвычайные ситуации, информирует в короткие сроки службы экстренной помощи.Использование системы ЭРА-ГЛОНАСС и GPS навигации совместно позволяет успешнее решать многие задачи, но главный комплекс ЭРА-ГЛОНАСС выполнит свои функции в любых ситуациях и экстренных режимах, особенно при отсутствии системы связи, электроснабжения.
Комплекс ЭРА-ГЛОНАС включают в себя следующие системы.
- Спутники ГЛОНАСС, определяющие место положения на местности в системе координат.
- Система связи терминал УВЭОС комплекса ЭРА-ГЛОНАСС, через СИМ карту для связи с оператором.
- Аварийная тревожная кнопка с диспетчером.
Современные автомобили выходившие с конвейера в России обеспечиваются в обязательном порядке данной системой ЭРА-ГЛОНАСС для обеспечения безопасности водителя и имеют необходимые датчики, сообщающие об аварии или повреждении транспорта.
Особенность работы комплекса ЭРА-ГЛОНАСС заключается в следующем.
Принцип работы системы «ЭРА-ГЛОНАСС»- Мгновенно передаётся информация в колл-центр координат места аварии или пришествия.
- Сообщаются все технические данные и положение ТС на момент аварийного сигнала.
- Сигнал тревоги срабатывает при аварийном столкновении, перевороте ТС, принудительный вызов.
- Оповещаются все аварийные службы помощи.
- Обязательно обеспечивается связь с водителем, и происходит выяснение все причин пришествия. Если связь с водителем не подтвердится, то диспетчер подтверждает в службы спасения экстренный вызов.
- Обеспечение надёжной работы комплекса обеспечивается автономным источником питания, SIM картой расположенной в терминале с устойчивым покрытием всей территории связью.
Заключение
Современный комплекс ГЛОНАСС представляет навигационный комплекс позиционирования на местности, позволяющий любому жителю в стране, имеющему современную связь или оборудование ГЛОНАСС определить своё или местоположение ТС, обеспечить связь или вызвать службы экстренного реагирования.
Установка ГЛОНАСС на автомобиль, грузовые, как подключить, сколько стоит
Матвеенко АнатолийГЛОНАСС – это российская спутниковая система. Ее внедрение началось еще в Советском Союзе. В 2015 году при поддержке “Роскосмос” на орбиту запущены 24 активных и три запасных аппарата.
Изначально применение аппаратов было рассчитано на военную отрасль. Сейчас спутниковая навигация доступна гражданским лицам. Чипами оснащают смартфоны, навигаторы, “носимые гаджеты”. Появились даже новые виды спорта, основанные на поиске предметов с применением навигационного оборудования.
Оборудование геопозиционирования широко используется в транспортных структурах. Именно об этой области и поговорим в статье.
Как функционирует система ГЛОНАСС
На околоземной орбите, на высоте 19 100 км постоянно находятся 24 космических аппарата. Сателлиты распределены по трем орбитальным плоскостям (8 спутников на плоскость). Наклон составляет 64,8°. Каждый спутник ГЛОНАСС передает C/A и P-код на частотах L1 (1602 МГц) и L2 (1246 МГц).
За время существования запущено 133 аппарата. Это связано с коротким сроком эксплуатации. Средний показатель работоспособности одного аппарата – 3-5 лет.
Как работает система мониторинга транспорта
Оборудование слежения за движущимися объектами состоит из двух частей – аппаратной и программной.
Аппаратная часть – это терминал, который устанавливается в автомобиль. Бортовые трекеры и датчики мониторят техническое состояние ТС:
• отслеживают уровень топлива;
• обороты двигателя;
• фиксируют время движения и остановок.
Информация накапливается во внутренней памяти терминала, чтобы затем пройти обработку. Для этого сведения поступают на диспетчерский или виртуальный сервер. Функционал этих методов контроля отличается.
Web-интерфейс работает при подключенном интернет-соединении. Такой вид контроля полезен либо частным лицам, либо компаниям с небольшим автопарком. Отследить транспорт можно с компьютера, планшета или смартфона. Сервис показывает текущее местоположение авто, остановки, расход топлива.
Недостаток сервиса – ограничение периода, за который обрабатываются сведения. Поступившие данные хранятся не дольше месяца. Отчеты формируются только за семь дней.
В свою очередь серверное ПО обладает расширенными возможностями. Сведения, полученные с бортового терминала за все время использования, хранятся в памяти компьютера. Это дает возможность получить отчет за любой день или временной промежуток.
Руководитель получает доступ к наблюдению за всеми авто. Программа позволяет:
• посмотреть и проанализировать маршрут движения;
• отследить количество остановок;
• срок прохождения пути;
• создать финальный отчет.
Преимущества внедрения мониторинга транспорта
Зачем нужна установка ГЛОНАСС на автомобиль? Давайте рассмотрим положительные стороны спутниковой навигации:
1. Снижаются эксплуатационные расходы. Теперь легко выявить водителей, которые лихачат на дороге, расходуя топливо сверх нормы. Отразив эти сведения в отчете, такого любителя быстрой езды можно лишить премии.
2. Увеличивается производительность. Отсутствие несанкционированных остановок, перерывов гарантирует точную информацию о положении машины. Отслеживание в реальном времени и управление поездками добавит количество поездок, выполняемых в день, тем самым повышая эффективность работы.
3. Улучшается работа с клиентами. Когда в компанию доставки еды звонит голодный заказчик, оператор быстро отследит на карте пройденный и оставшийся путь и сообщит точное время ожидания.
4. Проводится глубокий анализ деятельности компании в целом и отдельных сотрудников. ПО ведет учет часов, проведенных водителями за рулем. Эта информация отражает соблюдение должностной инструкции.
5. Обеспечивается безопасность жизни водителей. Программа описывает поведение и движение каждого водителя в парке. Выявление нарушений ПДД позволяет предотвратить несчастные случаи. Кроме того, во время чрезвычайных ситуаций поступает уведомление.
Как установить ГЛОНАСС трекер
По-разному выполняется ГЛОНАСС установка на авто на разных типах ТС. Например, установка ГЛОНАСС на грузовые автомобили требует максимальной внимательности.
Лучше обратиться в автомастерскую. Поскольку нужна вспомогательная аппаратура – датчики систем и тахограф, процедура займет больше времени.
Еще одна разновидность мониторинговой аппаратуры – система безопасности. Из наших публикаций вы можете детально узнать: ЭРА ГЛОНАСС, что это.
Установка ЭРА ГЛОНАСС выполняется только в аккредитованных сервисных центрах.
По виду выполняемых работ различают сборку профессиональную или самостоятельную. В зависимости от желаемого срока исполнения установка может быть обычной (в порядке очереди) или срочной.
Этапы установки ГЛОНАСС/GPS на автомобиль
Устройства с навигационным модулем ГЛОНАСС установить на машину самостоятельно несложно. Но это касается тех случаев, когда сборка не требует специальных знаний и квалификации. Как правило, в комплект поставки входит подробная инструкция.
Разберем поэтапно, как установить ГЛОНАСС на автомобиль:
1. В первую очередь выбирается место в салоне. Это может быть потолочная консоль или приборная панель.
2. Если прибор внешний, то следующий шаг – монтаж антенн. Они располагаются в горизонтальном положении, чтобы принимающий чип оказался сверху. Расстояние между дополнительными усилителями должно быть не менее 1 метра.
3. Третий пункт – соединить провода по стандартной схеме. В этот момент автомобиль обесточен.
4. Далее выполните тестирование устройства. Настройте ПО, проверьте правильность определения координат и при необходимости откорректируйте параметры.
5. Последний этап – фиксация прибора. После того, как вы убедились, что оборудование работает корректно, его можно закрепить.
После этого устройство подключается к серверу или приложению. Как подключить ГЛОНАСС терминал к серверному блоку, покажем на примере модели “Mielta M1/M3”:
1. Соедините прибор и ПК кабелем USB.
2. Загрузите на компьютер программу. Для каждой модели предусмотрен отдельный конфигуратор.
3. Запустите пакет и на вкладке “Общие” нажмите “Выбор устройства”.
4. Нажмите номер разъема, куда подключен трекер. Введите пароль “по умолчанию” – 12345.
5. В разделе “Связь” задайте параметры:
• ”Точка доступа” – сведения о GPS сотового оператора;
• “Протокол” – IPS 1.1;
• напишите актуальный номер телефона в соответствующей строке.
6. Сохраните настройки кнопкой “Записать параметры”.
Обязательна ли установка
Оснащение легковых автомобилей оборудованием спутниковой навигации регулируется законом №395. Документ предписывает, что все машины, выпущенные на российских заводах с 2017 года, должны быть оборудованы “тревожной кнопкой”. Это правил относится и к ввозимым авто.
Если вы уже владеете автомобилем, то ставить систему безопасности не обязательно.
Постановление №153 касается грузового транспорта M2, M3 и N. Это ТС, которые применяются в пассажирских перевозках и транспортировке грузов. Согласно этому закону, для указанных категорий ТС установка ЭРЫ ГЛОНАСС обязательна.
Как влияет установка системы на стоимость авто
По новым требованиям автомобиль выпускается с завода с уже установленным оборудованием. Так как концерны закупают приборы у производителей по оптовой цене, то окончательная стоимость новых машин возро
Что такое кнопка ЭРА-ГЛОНАСС? — EraGlonass-msk.ru
Для чего нужна система ЭРА-ГЛОНАСС
Система экстренного реагирования «ЭРА ГЛОНАСС» начала эксплуатироваться на территории России в январе 2015 года – целью ее внедрения является сохранение жизни и здоровья граждан, попавших в ДТП и чрезвычайные ситуации на дороге.
С 1 января 2017, в соответствии с Приказом Министерства транспорта РФ, подключение к системе стало обязательным для всего транспорта, осуществляющего пассажирские перевозки и перевозки опасных грузов. Кроме того, установка ЭРА-ГЛОНАСС обязательна на все новые автомобили и автомобили, ввозимые в нашу страну из-за рубежа.
Устанавливать кнопку ЭРА-ГЛОНАСС на личные транспортные средства, уже находящиеся и эксплуатируемые на территории РФ, пока не требуется, но принятие соответствующего закона – лишь вопрос времени. Важно отметить, что использование системы бесплатно для всех – никакой абонентской платы не предусмотрено.
Как работает ЭРА-ГЛОНАСС
Система ЭРА-ГЛОНАСС состоит из следующих компонентов:
- Навигационный модуль – для определения точных координат;
- Динамик и микрофон – для связи водителя и пассажиров с диспетчером;
- Тревожная кнопка – для передачи сообщения о ДТП;
- Мощная антенна – для обеспечения надёжной связи на всей территории страны;
- Модем – для передачи всех имеющихся данных экстренным службам;
- Сим-карта.
Установленный в автомобиль навигационный комплекс ЭРА-ГЛОНАСС все время находится в спящем состоянии и не отслеживает координаты автомобиля до тех пор, пока датчики не зафиксируют ДТП или о нем не сообщит водитель, нажав на тревожную кнопку. Как только это произойдет, навигационный модуль определяет координаты автомобиля и отправляет их диспетчеру, после чего тот немедленно связывается с водителем и уточняет, в каком состоянии находятся пострадавшие и нужна ли какая-либо помощь. Если никто в автомобиле не ответит диспетчеру, последний отправит помощь на место ДТП.
Благодаря максимально быстрому уведомлению скорой помощи удается значительно сократить время ее прибытия на место ДТП – иногда несколько минут критичны для спасения жизни.
Какие сведения доступны системе ЭРА-ГЛОНАСС
Многие водители негативно относятся к установке кнопки ЭРА-ГЛОНАСС, обосновывая свое мнение тем, что система предназначена для тотального контроля их перемещений.
На самом деле, как уже было сказано выше, система большую часть времени неактивна и не определяет никакие координаты – более того, функция трекинга в принципе в ней отсутствует: она не знает, какой маршрут прошел автомобиль, и может определять только разовые координаты и только в случае срабатывания датчиков или принудительного нажатия тревожной кнопки самим водителем.
Оперативным службам доступна только следующая информация:
- Координаты места ДТП;
- Количество пассажиров – по количеству пристёгнутых ремней;
- Информация о ТС: гос. номер, марка и модель, цвет, вид топлива.
Это тот минимум, который необходим работникам спецслужб для максимально быстрого и эффективного оказания помощи.
Как выглядит кнопка ЭРА-ГЛОНАСС
Тревожная кнопка ГЛОНАСС является составной частью навигационного комплекса. Она устанавливается в салоне машины (как правило, на потолке) таким образом, чтобы доступ к ней был удобен в любой ситуации. Дизайн самой кнопки отличается у разных производителей, но она всегда оснащена специальным пластиковым кожухом, предназначенным для предотвращения случайного нажатия кнопки.
После нажатия кнопки сигнал автоматически передается в диспетчерскую экстренных служб. Преимущество кнопки ЭРА-ГЛОНАСС перед звонком с мобильного телефона, состоит не только в оперативности, но и в сильном и устойчивом сигнале, обеспечиваемом мощной антенной. Кнопка ГЛОНАСС действует даже там, где нет покрытия мобильной связи.
Альтернатива GPS, о существовании которой вы никогда не знали
Знаете ли вы, что службы определения местоположения — это не только GPS? Есть еще одна система спутниковой навигации, о которой вы, возможно, не слышали, но, вероятно, уже используете. Это называется ГЛОНАСС.
Что такое ГЛОНАСС?
ГЛОНАСС — это аббревиатура от Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema (Глобальная навигационная спутниковая система). Это управляемая российскими войсками воздушно-космической обороны спутниковая навигационная система, которая очень похожа на GPS.В то время как система GPS была первой, созданной армией США в 1978 году, ГЛОНАСС задумывалась как альтернативная система.
Современное использование ГЛОНАСС такое же, как и GPS, в основном оно используется в качестве системы для автомобильной и авиационной навигации.Однако исторически он использовался во всех отраслях российской армии в качестве навигационной системы в высокоскоростных сценариях, например, в реактивных самолетах и баллистических ракетах.
Разработка ГЛОНАСС началась в конце 1970-х годов, когда была выпущена первая система.Он использовался в основном для определения местоположения по погоде, измерения скорости и времени и был доступен во всем мире. Однако с распадом Советского Союза финансирование было сокращено, и оно не было полностью завершено. Учитывая небольшой срок службы спутников (около трех лет), мало кто верил в успех программы ГЛОНАСС. Только в 2001 году, когда президент России Владимир Путин объявил завершение строительства одним из главных государственных приоритетов, и значительно увеличив финансирование, он стал рассматриваться как серьезный технологический институт.
В 2007 году Путин издал Указ Президента Российской Федерации, открывающий ГЛОНАСС для неограниченного общественного пользования.Это была попытка привлечь общественный и промышленный интерес и бросить вызов гомогенности американской системы GPS. К 2010 году ГЛОНАСС обеспечила полное покрытие территории России. Год спустя, благодаря своей орбитальной спутниковой группировке, он достиг глобального покрытия.
Как это работает?
ГЛОНАСС состоит из трех компонентов.Первая — это космическая инфраструктура, которая состоит из группировки спутников. Это группа спутников, работающих вместе в системе. Они обычно устанавливаются на орбитальных плоскостях или путях вокруг Земли, по которым они вращаются.
Они работают с наземными сетями, которые повышают точность и скорость спутников за счет обратной передачи геодезической информации.Сети наземного определения местоположения в идеале равномерно распределены по всему миру, что обеспечивает равномерную доступность и точность системы. Однако с использованием ГЛОНАСС наземные сети определения местоположения расположены в основном в России, Антарктиде, Бразилии и на Кубе. Россия также согласилась открыть наземные станции в Китае, что позволит ей стать жизнеспособным конкурентом GPS на одном из самых быстрорастущих рынков бытовой электроники в мире. Кроме того, в 2014 году планируется открыть еще семь наземных станций ГЛОНАСС.Все они будут находиться за пределами России.
Они триангулируют местоположение приемника, третью часть.Это любое устройство, совместимое с ГЛОНАСС, например смартфон или автомобильная навигационная система.
Триангуляция выполняется посредством серии вычислений, основанных на содержании сигналов, посылаемых спутниками.Они отправляются через определенные промежутки времени. Любой приемник на Земле или рядом с ней, использующий ГЛОНАСС для определения своего местоположения, будет использовать сигналы как минимум четырех спутников для оценки положения, скорости и времени.
Гай Макдауделл объяснил, что триангуляция (или трехсторонняя связь) была более подробно объяснена в его статье «Как спутники отслеживают мобильные телефоны?».
ГЛОНАСС впервые использовал метод доступа к каналу FDMA (метод множественного доступа с частотным разделением каналов) для связи со спутниками с 25 каналами для 24 спутников. Это популярный протокол, используемый в спутниковой связи, но его недостатком являются перекрестные помехи, вызывающие помехи и прерывания.
С 2008 года ГЛОНАСС использует CDMA (метод множественного доступа с кодовым разделением каналов) для обеспечения совместимости со спутниками GPS.Поскольку приемники ГЛОНАСС совместимы как с FDMA, так и с CDMA, они больше и дороже.
Чем он отличается от GPS?
Между ГЛОНАСС и GPS есть существенные различия.
Во-первых, в группировке ГЛОНАСС меньше спутников.GPS имеет 32, которые обращаются вокруг земного шара в 6 орбитальных плоскостях или траекториях орбиты. ГЛОНАСС имеет 24 спутника с 3-мя орбитальными плоскостями. Это означает, что с ГЛОНАСС больше спутников следуют по той же орбитальной траектории. Для систем, использующих только ГЛОНАСС, может быть сложнее подключиться к доступным спутникам. Это потенциально может привести к снижению точности позиционирования.
Самая большая разница между GPS и ГЛОНАСС заключается в том, как они взаимодействуют с приемниками.При использовании GPS спутники используют одни и те же радиочастоты, но имеют разные коды для связи. В системе ГЛОНАСС спутники имеют одинаковые коды, но используют уникальные частоты. Это позволяет спутникам связываться друг с другом, несмотря на то, что они находятся в одной орбитальной плоскости, тогда как это не такая большая проблема с GPS.
Но насколько это точно?
Точность ГЛОНАСС сравнима с GPS.Но так было не всегда. В начале 21 века ГЛОНАСС приходила в упадок, и спутники подходили к концу своего короткого срока службы. Система почти не работала.
В результате Роскосмос (Российское космическое агентство) поставил перед ГЛОНАСС задачу обеспечить соответствие GPS с точки зрения точности и надежности к 2011 году.
К концу 2011 года ГЛОНАСС выполнила свою задачу.Было показано, что он обеспечивает точность в наилучших условиях (без облачности, высоких зданий и радиопомех) до 2,8 метра. Это сделало его немного менее точным, чем GPS, но вполне приемлемым для большинства случаев использования в военных и коммерческих целях.
Точность ГЛОНАСС зависит от того, где вы находитесь.Он более точен в северном полушарии, чем в южном полушарии, из-за большей распространенности наземных станций в этих частях.
Он так же широко используется как GPS?
Хотя многие производители мобильных телефонов включают чипы ГЛОНАСС в свои устройства, такие как Sony, Apple и HTC, они далеко не так распространены, как GPS, который входит в состав большинства выпускаемых сегодня смартфонов и планшетов.
Отчасти это связано с более высокой точностью в северных широтах, поскольку она была предназначена в основном для России, по сравнению с GPS, которая имеет более глобальный подход.
Низкая осведомленность о ГЛОНАСС также может быть связана с тем, что он значительно менее развит, чем GPS, и практически не выпускаются эксклюзивные устройства ГЛОНАСС за пределами бывшего Советского Союза.
Как я могу это использовать?
В зависимости от производителя вашего смартфона, в вашем устройстве уже может быть чип ГЛОНАСС.iPhone и значительное количество устройств Android используют как ГЛОНАСС, так и GPS для обеспечения оптимальной точности.
Если вы застряли в зоне с большой облачностью или окружены высотными зданиями, ваше устройство будет использовать ГЛОНАСС вместе с GPS.Это позволяет определять местоположение вашего устройства с помощью любого из пятидесяти пяти спутников по всему миру, повышая общую точность. Однако ГЛОНАСС обычно включается только при плохом сигнале GPS, чтобы сохранить заряд аккумулятора устройства.
Некоторые приложения используют ГЛОНАСС исключительно для определения местоположения.НИКА ГЛОНАСС (доступна бесплатно в Google Play и iTunes App Store) позволяет отслеживать в реальном времени местоположение Android-устройства. Однако для работы требуется сим-карта МТС.
Также есть функция, позволяющая сделать ваше местоположение общедоступным, как и в Google Latitude, но она доступна только для российских пользователей.
На рынке также имеется ряд аппаратных устройств, использующих ГЛОНАСС.
Garmin GLO — это портативный приемник GPS и ГЛОНАСС, который подключается к мобильному устройству через Bluetooth и обеспечивает лучшую точность, чем любой встроенный приемник.Его можно купить на Amazon за 99 долларов.
Вы будете использовать это?
Сам по себе ГЛОНАСС не совсем соответствует GPS.Его спутников меньше, они далеко друг от друга и неравномерно распределены по всему миру. GPS уже развивается, а ГЛОНАСС, кажется, всегда будет догонять.
Однако вы не собираетесь использовать его самостоятельно, но когда он используется вместе с GPS, он имеет большое значение в мире.
Есть ли у ваших устройств ГЛОНАСС? Вы когда-нибудь использовали его исключительно самостоятельно? Я хотел бы услышать ваш опыт или просто ваши мысли по поводу этой статьи.
Кредиты изображения: Модель спутника Glosnass-K 1: 1, автор Патрик Г.через Flickr, Сравнение орбит спутниковой навигации через Викимедиа, ГЛОНАСС или персональное устройство GPS через Викимедиа, МОСКВА — 1 июня: Тренажер для обучения женщин вождению на международной выставке навигационного оборудования и программного обеспечения Navitech 1 июня 2011 г. в Москве на Shutterstock
Hisense представляет революционные лазерные телевизоры на выставке CES 2021У китайского телевизионного гиганта в этом году большие планы по выпуску лазерных телевизоров.
Об авторе Тейлор Болдак (Опубликовано 12 статей)Тейлор Болдак (Taylor Bolduc) — энтузиаст в области технологий и студент, изучающий вопросы коммуникации, родом из южной Калифорнии. Вы можете найти ее в Твиттере как @Taylor_Bolduc.
Больше От Тейлора БолдакаПодпишитесь на нашу рассылку новостей
Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать технические советы, обзоры, бесплатные электронные книги и эксклюзивные предложения!
Еще один шаг…!
Подтвердите свой адрес электронной почты в только что отправленном вам электронном письме.
GNSS, сигналы и приемники | IntechOpen
1. Введение
Навигационные решения стали частью нашей повседневной жизни благодаря их широкому использованию в ряде приложений, включая сельское хозяйство, наземную навигацию и пешеходную навигацию. Ключевой навигационной технологией, используемой в таких приложениях, являются глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS), и несколько таких систем в настоящее время предоставляют эту услугу.Глобальная система позиционирования США (GPS) была первой такой полнофункциональной системой. ГЛОНАСС, российская система, была второй по активности, и она также имеет глобальное покрытие. Аналогичным образом, спутниковая навигационная система Европейского союза Galileo должна быть полностью введена в эксплуатацию в 2018 году.
Хотя каждая из этих систем имеет уникальные характеристики, все они имеют общие основные аспекты. У каждого есть космический сегмент, контрольный сегмент и пользовательский сегмент. Более того, все они основаны на односторонней передаче радиочастотных (РЧ) сигналов от спутников к приемникам на поверхности Земли и вблизи нее.Используя измерения, полученные на основе этих сигналов, приемник GNSS может найти решение для своего местоположения, скорости и времени (PVT). Более того, все системы GNSS используют понятие дальности по времени прибытия (TOA). Это требует измерения времени прохождения сигнала и временного интервала, который требуется сигналу для прохождения между спутником и приемником, чтобы рассчитать расстояние между приемником и спутником [1]. Расстояние от передатчика до приемника можно затем получить, умножив время прохождения сигнала на скорость света.
В этой главе представлен обзор глобальной системы позиционирования (GPS) и ГЛОНАСС и их сигналов. Во-первых, он описывает архитектуру системы с точки зрения трех основных сегментов: управления, пространства и пользователя. Затем в нем рассматриваются новые характеристики сигналов GPS гражданского и военного назначения, подчеркивая их значение. После этого вкратце обсуждаются источники ошибок измерения GPS. В главе также рассматриваются важные аспекты системы ГЛОНАСС, включая характеристики сигнала ГЛОНАСС, программу модернизации ГЛОНАСС, план радиочастот (РЧ) ГЛОНАСС, псевдослучайные (PR) коды дальности и навигационное сообщение о внутрисистемных помехах.Наконец, перечислены преимущества сочетания GPS и ГЛОНАСС, чтобы читатель мог понять преимущества такой интеграции.
2. Обзор GPS
GPS предоставляет услуги трехмерного позиционирования и навигации как для гражданских, так и для военных пользователей [2]. Приемники GPS используют диапазон TOA для генерации псевдодальности кода для определения местоположения пользователя. Они также отслеживают изменения в частоте сигнала, чтобы определить скорость изменения дальности для определения скорости [3].Измеряется время между передачей сигнала и его прибытием в приемник. Расстояние от передатчика до приемника может быть получено путем масштабирования времени прохождения сигнала по скорости света. Используя концепцию трилатерации, приемник GPS может определять свое положение, используя измеренное время прохождения вместе с местоположениями спутников, которые получены из навигационного сообщения, передаваемого сигналом. Хотя для определения местоположения пользователя можно использовать три спутника, требуется не менее четырех из-за дополнительной оценки смещения часов приемника.
Рисунок 1 иллюстрирует концепцию определения местоположения с помощью трилатерации с использованием диапазона до трех спутников. Использование четырех спутников для определения положения повышает точность решения за счет устранения смещения часов приемника. Первое и второе измерения дальности между пользователем и спутником определяют две сферы на двух разных спутниках, а пересечение этих двух сфер определяет круг возможных положений приемника. Третье измерение диапазона, пересекающееся с первыми двумя, сужает эти положения приемника до неоднозначной пары, а четвертое измерение разрешает эту неоднозначность и определяет смещение часов.Уравнения GPS-позиционирования можно найти в [1, 2, 3, 4, 5, 6]. Военные сигналы GPS более устойчивы к помехам и спуфингу, чем гражданские сигналы [3]; следовательно, позиция, определяемая военными сигналами, более точна, чем позиция, определяемая гражданскими сигналами.
Рисунок 1.
Концепция определения местоположения с помощью трилатерации с использованием сигналов от трех спутников. Положение пользователя обозначено красной точкой [4].
3. Структура GPS
Как упоминалось ранее, GPS состоит из трех сегментов [7]: космического сегмента, созвездия спутников, вращающихся вокруг Земли на очень больших высотах; сегмент управления, состоящий из группы наземных постов управления; и пользовательский сегмент, пользовательское оборудование или просто различные военные и гражданские приемники.На рисунке 2 показаны три сегмента, которые более подробно обсуждаются в этом разделе.
Рисунок 2.
Сегменты GPS [8].
3.1. Космический сегмент
Космический сегмент GPS состоит из группы спутников, которые непрерывно транслируют радиочастотные сигналы пользователям. В последние годы ВВС США эксплуатировали 32 спутника GPS, из которых 24 доступны 95% времени [4]. Спутники GPS перемещаются по средней околоземной орбите (MEO) на высоте примерно 20 200 км, и каждый из них обращается вокруг Земли дважды в день, что означает, что период обращения вокруг Земли составляет примерно 12 часов [7].Эти спутники распределены между шестью равноотстоящими орбитальными плоскостями, каждая из которых имеет наклон цели 55 ° [6], спутниковое распределение, которое улучшает видимость спутников для пользователей GPS по всему миру, тем самым повышая точность навигации. Спутники GPS передают радиочастотные сигналы, содержащие кодированную информацию и навигационные данные, что позволяет приемнику вычислять псевдодальности и доплеровские измерения для оценки положения, скорости и времени.
В июне 2011 года ВВС США успешно расширили свою группировку GPS, известную как конфигурация «Расширяемые 24» [9].Три из 24 слотов были обновлены, а шесть спутников были перемещены; таким образом, к группировке были добавлены три дополнительных спутника. Система GPS, состоящая из 27 слотов, улучшила видимость спутников по всему миру. В таблице 1 обобщены характеристики спутников GPS нынешнего и будущих поколений, включая Block IIA (второе поколение, «Расширенный»), Block IIR («Пополнение»), Block IIR (M) («Модернизированный»), Block IIF (« Follow-on ») и GPS III [10].
Таблица 1.
Особенности нынешнего и будущих поколений спутников GPS [10].
3.2. Сегмент управления
Состоящий из глобальной сети наземных объектов, отслеживающих спутники GPS, основными задачами сегмента управления GPS являются управление и обслуживание системы посредством мониторинга и анализа передачи сигналов, а также отправки команд и обновлений данных в созвездие GPS.
Ссылаясь на [7], текущий сегмент оперативного управления включает главную станцию управления (MCS), альтернативную главную станцию управления, 12 антенн управления и контроля и 16 участков мониторинга.Расположение этих средств показано на рисунке 3.
Рисунок 3.
Расположение главной станции управления GPS, альтернативной главной станции управления, 12 антенн управления и контроля и 16 участков мониторинга [11].
3.3. Пользовательский сегмент
Пользовательский сегмент представлен широким спектром типов приемников GPS. Они захватывают и отслеживают спутниковые сигналы и обрабатывают сигналы, передаваемые спутниками GPS, оценивают дальность связи между пользователем и спутником и скорость дальности, а также вычисляют решение PVT [12].Приемник GPS стоил более 100 000 долларов в середине 1980-х годов; в настоящее время встроенный приемник доступен на рынке менее чем за 20 долларов США, и, по оценкам, с 1997 года ежегодно производится более 1 миллиона приемников [1]. Поскольку GPS предоставляется пользователям бесплатно, они могут использовать приемники в любое время и в любом месте земного шара для определения своего местоположения [6].
4. Характеристики сигнала GPS
Спутники GPS выдают центральную частоту L-диапазона 10,23 МГц, используя очень стабильные часы.Затем спутники умножают эту частоту на 154 и 120, чтобы сгенерировать две несущие частоты: L1 = 1575,42 МГц и L2 = 1227,60 МГц [13]. Сигналы GPS состоят из несущего сигнала с частотой L1 или L2, уникального кода, присвоенного каждому спутнику, и сообщения данных, передающего информацию о положении спутника, скорости и смещении часов. Две несущие частоты модулируются комбинацией сообщения данных и уникального кода для передачи необходимой информации пользователю. Частота L1 модулируется двумя сигналами кода измерения дальности: грубым кодом / кодом обнаружения (C / A) и точным (P) кодом [2].
Каждый спутник имеет уникальный код C / A PRN, и все эти коды PRN почти ортогональны друг другу, что позволяет приемнику GPS различать спутники, даже если спутники вещают на одних и тех же двух несущих частотах, L1 и L2. [14]. Каждый код C / A повторяется каждую миллисекунду и имеет длину 1023 бита. Длительность каждого чипа в коде C / A составляет около 1 мс, а скорость кода составляет 1,023 МГц (или мегагипсов в секунду (Mcps)) с длиной волны около 300 м. Продолжительность кода P составляет около 7 дней, и он модулирует как L1, так и L2.Используемый только военными, этот код имеет скорость в 10,23-10 раз больше, чем код C / A. Длина волны кода P составляет около 30 м, что делает его намного короче и, следовательно, намного более точным, чем код C / A [2].
Последняя ключевая часть сигнала GPS — это навигационное сообщение. На получение всего сообщения уходит 12,5 мин, которое загружается со скоростью 50 бит / с [6]. Его наиболее важными частями являются эфемериды, данные альманаха и параметры смещения спутниковых часов.
Чтобы подготовить сигнал GPS для передачи спутником, сначала применяется операция XOR, чтобы объединить двоичное навигационное сообщение с кодом.Если бит сообщения и кодовый элемент совпадают, результатом будет 0; если они разные, результатом будет 1. Во-вторых, объединенный сигнал объединяется с несущей с использованием модуляции двоичной фазовой манипуляции (BPSK): бит «0» оставляет сигнал несущей нетронутым, тогда как бит «1» вызывает сигнал умножается на -1 и сдвигает несущую на 180 °. Рисунок 4 иллюстрирует этот процесс.
Рисунок 4.
Структура сигнала GPS [15].
Как упоминалось выше, шаблоны кода PRN почти ортогональны, что является важным свойством, которое значительно упрощает процесс идентификации спутника [2].Два кода ортогональны, когда сумма их временных произведений, произвольно сдвинутых друг относительно друга, почти равна нулю. Функция взаимной корреляции для спутников m и n с кодами PRN Ck и Cl выражается как
∑11023Cki⋅Cli + n≈0, forallk ≠ lE1
Эта ортогональность делает кросс-спутниковую интерференцию небольшой [14].
Еще одним важным свойством кодов PRN является то, что каждый шаблон PRN почти не коррелирован сам с собой:
∑11023Cki⋅Cki + n≈0, foralln≥1E2
Автокорреляция шаблона PRN почти равна нулю для любого сдвига n≥1.Однако, когда n равно нулю, функция достигает пика. Используя эту функцию, приемник сравнивает PRN-код принятого сигнала с локально сгенерированной копией того же кода, чтобы определить, какой спутник сгенерировал соответствующий сигнал.
5. Архитектура приемника GPS
На рисунке 5 показана высокоуровневая архитектура приемника GPS. Приемники GPS состоят из антенны, ВЧ-интерфейса, гетеродина и навигационного процессора. Первым элементом архитектуры приемника является антенна, которая должна принимать сигналы с правой круговой поляризацией (RHCP), потому что это тип сигнала, передаваемого спутниками GPS [1].Также важна диаграмма усиления антенны, которая показывает, насколько хорошо антенна работает на различных центральных частотах, поляризациях и углах места.
Рисунок 5.
Высокоуровневая архитектура приемников GPS [16].
Предварительный усилитель — это первый активный компонент, который идет после антенны. Часто он размещается в том же корпусе, что и антенный элемент. Поскольку антенна может принимать несколько частотных диапазонов, обычно на каждую полосу приходится по одному предусилителю; тем не менее, один предусилитель может охватывать несколько диапазонов.Основная функция предусилителя — усиление сигнала на выходе антенны [3]. Предусилители обычно состоят из трех компонентов: (1) преселекторный фильтр, который удаляет внеполосные помехи и ограничивает полосу шума, (2) защита от перегорания, которая предотвращает возможные мощные помехи электронным компонентам приемника, и (3) малошумящий усилитель (МШУ). Сигналы GPS обычно очень слабые, около -160 дБВт или 10–6 Вт; таким образом, LNA усиливает сигналы на 20–35 дБ, чтобы повысить их до уровней, подходящих для обработки [17].
После антенны и МШУ идет ВЧ вход. Этот блок генерирует чистый дискретизированный сигнал для блока обработки сигналов [12]. Действительно, предварительные фильтры на входе усиливают, преобразуют с понижением частоты и оцифровывают принятый сигнал.
Фильтрация имеет решающее значение по нескольким причинам: она отклоняет внеполосные сигналы, снижает шум в принимаемом сигнале и снижает влияние наложения спектров. Сигналы с широкой полосой пропускания могут обеспечивать измерения с высоким разрешением во временной области, но требуют более высоких частот дискретизации, в результате чего приемник потребляет гораздо больше энергии [18].Фильтр может смягчить это, разрешив более узкополосные сигналы.
Преобразование с понижением частоты — это процесс, выполняемый внешним интерфейсом для понижения частоты РЧ-сигнала либо до промежуточной частоты, либо непосредственно до основной полосы [3]. Это необходимо для облегчения процессов отбора проб и фильтрации. Преобразование с понижением частоты часто выполняется с помощью смесителя, который умножает полученный сигнал на локально сгенерированную копию, а затем фильтрует выходной сигнал для удаления двухчастотных членов [1], как показано на рисунке 6.Фильтрация и преобразование с понижением частоты частот сигнала обычно достигаются в несколько последовательных этапов из-за сложности реализации стабильного полосового фильтра с высокой центральной частотой.
Рисунок 6.
Блок-схема двухкаскадного понижающего преобразования.
Последним этапом обработки сигнала во внешнем радиочастотном интерфейсе является преобразование аналогового сигнала в цифровой. Полосовая выборка завершает как дискретизацию, так и преобразование с понижением частоты сигнала [12].
ПриемникиGPS производят свои измерения, используя оценки TOA сигнала, фазы и частоты принятой несущей. Один локальный опорный генератор (см. Рисунок 4) формирует все опорные частоты в приемнике [19]. Поскольку генератор критически важен для работы приемника, особое внимание следует уделять его размеру, потребляемой мощности, стабильности (как краткосрочной, так и долгосрочной), а также его чувствительности к температуре и вибрации [3]. В некоторых случаях приемники GPS имеют несколько эталонных частот для преобразования с понижением частоты.В этих случаях каждому смесителю требуется точная опорная частота. Процесс создания опорных частот в приемнике из гетеродина называется синтезом частоты, который использует комбинацию целочисленного и дробного умножения частоты [20].
На рисунке 4 показано, что последним этапом приемника GPS является навигационный процессор. Это устройство принимает условный сигнал (выход внешнего интерфейса). Этот отфильтрованный и преобразованный с понижением частоты сигнал должен содержать всю необходимую информацию, которую несет сигнал, когда он был принят антенной.На этапе обработки навигации приемник извлекает измерения для псевдодальности и скорости изменения псевдодальности для всех спутников в поле зрения и, используя их, оценивает решение PVT для антенны.
Процесс навигации обычно состоит из двух этапов: во-первых, оцениваются псевдодальности и скорости псевдодальности для каждого спутника; во-вторых, с помощью этих измерений оценивается информация о местоположении, скорости и времени пользователя. Обработка сигнала на этом уровне, в свою очередь, может быть разделена на следующие этапы [12]:
Получение сигнала: это включает обнаружение сигналов от находящихся в поле зрения спутников и обеспечивает грубую оценку задержки кода и доплеровской частоты. входящего сигнала от каждого спутника.
Отслеживание сигнала: это рекурсивный процесс оценки, который непрерывно обновляет оценки изменяющихся во времени параметров сигнала.
Мониторинг сигнала: Это одновременно с отслеживанием и включает оценку нескольких параметров, включая отношение несущей к шуму (C / N 0 ). Приемник использует мониторинг сигнала, чтобы решить, например, когда происходит потеря захвата сигнала.
Извлечение навигационного сообщения: этот процесс также происходит параллельно с отслеживанием сигнала.Извлечение навигационного сообщения включает декодирование спутниковых эфемерид.
Генерация измерений: использует параметры отслеживания для оценки дальности и скорости изменения дальности для всех видимых спутников.
Решение PVT: использует диапазон и скорость изменения диапазона оценок для вычисления желаемого навигационного решения.
6. Измерения GPS
При отслеживании спутникового сигнала приемник GPS отслеживает три параметра: псевдодальности, фазу несущей и доплеровский сдвиг [7, 11].Псевдодальность вычисляется путем измерения времени прохождения сигнала от спутника до приемника и описывается как «псевдодальность», поскольку эти измерения искажаются смещением часов спутника и приемника [6]. Измерения фазы несущей отслеживают разницу между фазами несущей для принятого и локально сгенерированного дубликата сигнала. Доплеровское измерение отражает скорость изменения фазы несущей [12].
7. Ошибки GPS
Сигналы и измерения GPS подвержены влиянию многих факторов помех, обычно известных как ошибки GP.Первый источник ошибок связан с дрейфом часов спутника и приемника. Несмотря на высокий уровень точности, спутниковые часы все же немного отклоняются от времени GPS. По причинам доступности и размера приемные часы обычно намного дешевле; следовательно, они быстро отклоняются от времени GPS. Этот дрейф приводит к значительным ошибкам дальности в измерениях приемника.
После выхода из спутниковой антенны сигнал GPS должен пройти тысячи километров, чтобы достичь антенны приемника, а затем и схемы приемника.Первая и более продолжительная часть этого путешествия — это пространство, где сигнал сохраняет свои характеристики. Однако, когда сигнал попадает в атмосферу, эта среда вызывает некоторые нежелательные эффекты. Два основных слоя атмосферы, а именно ионосфера и тропосфера, соответственно, будут добавлять задержки во время прохождения сигнала и, следовательно, вызывать некоторые ошибки в измерениях.
Когда он приближается к антенне приемника, сигнал обычно испытывает отражения и эхо, то есть он часто отражается от объектов рядом с приемником, вызывая удары по антенне с разных направлений — явление, известное как многолучевое распространение.Многолучевость — это один из основных источников ошибок, который вредит сигналам GPS [6]. Все вышеупомянутые помехи являются результатом характера сигнала или среды распространения и считаются непреднамеренными. Преднамеренное ухудшение или замена сигнала во многих случаях является более проблематичным источником ошибок GPS. Один из основных типов преднамеренных ошибок — это глушение сигнала. Заглушка сигнала — это преднамеренная помеха, вызванная радиопередачей радиочастотных (РЧ) сигналов в окрестности приемника с целью предотвращения отслеживания истинных сигналов GNSS.
8. Обзор ГЛОНАСС
Как и GPS, ГЛОНАСС предлагает услуги трехмерного позиционирования и навигации как для гражданских, так и для военных пользователей. В этой системе пользователи также определяют свое положение и скорость, используя измерения псевдодальности и фазы несущей. Обе системы используют диапазон времени прибытия (TOA) для определения положения и скорости пользователя [21]. ГЛОНАСС включает три компонента: группировку спутников (эквивалентную космическому сегменту GPS), наземные станции управления (также эквивалентные сегменту управления GPS) и оборудование пользователя (также эквивалентное сегменту пользователя GPS) [22].Наземный сегмент состоит из главной станции управления (MCS). Пользовательский сегмент состоит из всех военных и гражданских приемников.
8.1. Космический сегмент ГЛОНАСС
Полная группировка ГЛОНАСС состоит из 24 спутников [21]. По данным [23], на орбите находится 26 действующих спутников ГЛОНАСС-М, из них 22 находятся в эксплуатации, еще четыре имеют резервный статус. С запуском нескольких спутников ГЛОНАСС-М и ГЛОНАСС-К теперь доступна полная группировка из 24 спутников.
Спутники ГЛОНАСС вращаются вокруг Земли в трех орбитальных плоскостях, равномерно разнесенных на 120 °. Каждая плоскость имеет восемь спутников, разделенных аргументом широты 45 °, и эти спутники имеют угол наклона цели 64,8 °, что значительно выше, чем у спутников GPS. Орбиты ГЛОНАСС очень круглые, с эксцентриситетами меньше, чем у GPS, и ближе к нулю [24]. Спутники ГЛОНАСС имеют радиус 25 510 км, что дает высоту 19 130 км [22]. По сравнению с GPS, ГЛОНАСС имеет более короткий орбитальный период (11 ч 15 мин 40 с) из-за меньшей высоты.Сравнение основных различий между ГЛОНАСС и GPS дается в следующих разделах.
8.2. Сегмент управления ГЛОНАСС
Ключевой задачей станции управления ГЛОНАСС является синхронизация часов спутников со временем ГЛОНАСС и вычисление временного сдвига между временем ГЛОНАСС и UTC [3]. Он также загружает поправки часов, прогнозируемые эфемериды и данные альманаха на спутники ГЛОНАСС. Кроме того, этот сегмент отслеживает состояние текущей группировки ГЛОНАСС и соответствующим образом корректирует параметры орбиты.ГЛОНАСС загружает свои навигационные данные на спутники два раза в день, в то время как это делается один раз в день с помощью GPS [25].
Наземный сегмент управления ГЛОНАСС состоит из двух основных частей: центра управления системой (SCC), расположенного в Москве, и сети командных пунктов слежения (CTS), расположенных на территории бывшего Советского Союза (SU). Функции SCC и CTS аналогичны функциям главной станции управления GPS и ее станций мониторинга [22].
8.3. Пользовательский сегмент ГЛОНАСС
Как и в случае с GPS, пользовательский сегмент ГЛОНАСС содержит приемное оборудование конечного пользователя, которое отслеживает и принимает спутниковые сигналы.Подобно приемникам GPS, они также обрабатывают сигналы, передаваемые видимыми спутниками, оценивают псевдодальность и скорость изменения псевдодальности по этим сигналам и вычисляют решение для определения местоположения, скорости и времени (PVT).
9. Модернизация ГЛОНАСС
Конструкция спутника ГЛОНАСС несколько раз улучшалась, в результате были созданы три поколения спутников: исходный ГЛОНАСС (запущен в 1982 г.), ГЛОНАСС-М (запущен в 2003 г.) и ГЛОНАСС-К (запущен в 2011). В группировку входят два типа космических аппаратов ГЛОНАСС: спутник ГЛОНАСС-М и спутник ГЛОНАСС-К.Ниже приводится краткое описание каждого типа.
9.1. Первое поколение (ГЛОНАСС)
Первое поколение спутников ГЛОНАСС (Ураган) было запущено в 1982 году. Каждый спутник весил около 1250 кг и был оснащен базовой двигательной установкой, позволяющей перемещаться по орбите [26]. Первоначально основная роль ГЛОНАСС заключалась в управлении формированием навигационного сигнала и получении данных спутниковых эфемерид и альманаха. Это поколение больше не используется.
9.2. Второе поколение (ГЛОНАСС-М)
ГЛОНАСС-М, модернизированная версия бывшей группировки, было запущено в 2003 году, имеет более длительный срок службы, около 7 лет и гражданскую модуляцию частотного диапазона L2. Эти изменения улучшили навигационные характеристики, предоставили обновленные навигационные радиосигналы и повысили стабильность этих сигналов [27].
9.3. Третье поколение (ГЛОНАСС-К)
Значительные улучшения произошли в 2011 году с запуском третьего поколения ГЛОНАСС-К.Среди этих изменений — увеличение срока службы спутников до десяти лет и уменьшение их веса вдвое [22]. Также была повышена точность: каждый спутник передает пять навигационных сигналов вместо двух. Эти новые спутники были предназначены для передачи четырех военных сигналов на несущих L1 и L2 и одного гражданского сигнала на частоте L3. Спутники ГЛОНАСС-К передают другие сигналы; два из них совместимы с навигационными сигналами GPS / Galileo. Добавление сигналов CDMA улучшило совместимость и обеспечило возможность взаимодействия с услугами, предоставляемыми другими GNSS, что проложило путь для производства приемников, используемых со всеми GNSS [23].В таблице 2 показано, как система обновлялась за эти годы.
| Спутниковая серия | Запуск | Текущее состояние | Ошибка часов | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ГЛОНАСС | 1982 | ||||||
| ГЛОНАСС-М | 2003 | В эксплуатации | 1 × 10 −13 | ||||
| ГЛОНАСС-К1 | 2011 | В эксплуатации | 5 × 10 −14 ГЛОНАСС -K2 | 2013 | Стадия проектирования | 1 × 10 −14 |
Таблица 2.
Дорожная карта модернизации системы ГЛОНАСС.
10. Характеристики сигнала ГЛОНАСС
Документ управления интерфейсом ГЛОНАСС (ICD), хранящийся в Российском институте космической техники, содержит подробную информацию о структуре радиосигналов ГЛОНАСС [22]. В отличие от GPS, ГЛОНАСС использует множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA) для модуляции сигнала. Этот метод использует один и тот же код псевдослучайного шума (PRN) для всех спутников для создания сигнала с расширенным спектром.GPS, с другой стороны, использует множественный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA) для идентификации каждого отдельного спутника. FDMA обеспечивает лучшее подавление помех для узкополосных сигналов помех по сравнению с CDMA. В CDMA единственный источник узкополосных помех может нарушить все спутниковые сигналы GPS одновременно, такие помехи влияют только на один сигнал FDMA ГЛОНАСС за раз. Однако недостатком FDMA является то, что он требует большего спектра, чем системы CDMA. ГЛОНАСС использует L1 в диапазоне 1602.0–1615,5 МГц и L2 в диапазоне 1246,0–1256,5 МГц для передачи кода C / A и P кода.
10.1. Частотный план ГЛОНАСС
Номинальные значения несущих частот L1 и L2 выражаются как [22]
fk1 = f01 + KΔf1E3
fk2 = f02 + KΔf2E4
, где K — номер частотного канала сигналов, передаваемых спутниками ГЛОНАСС. в поддиапазонах L1 и L2:
f01 = 1602 МГц; Δf1 = 562,5 кГц для поддиапазона L1
f02 = 1246 МГц; Δf2 = 437,5 кГц для поддиапазона L2
Каждый спутник имеет стандартную номинальную частоту, с значение 5.0 МГц, который генерирует несущие частоты L1 и L2. Система использует 12 каналов для переключения между 24 работающими спутниками. Противоположные спутники в одной плоскости орбиты разделены аргументом широты 180 °, как показано на Рисунке 7 [26].
Рис. 7.
Антиподальные спутники ГЛОНАСС [3].
10.2. Структура сигнала ГЛОНАСС
Спутники ГЛОНАСС также передают два кода PRN: код грубого обнаружения (C / A) и код точного обнаружения (P). Код C / A передается только на частоте L1, а код P передается на частотах L1 и L2.ГЛОНАСС использует двухфазную модуляцию для объединения несущего сигнала с суммированием по модулю 2 кода PRN со скоростью 511 кГц, навигационного сообщения со скоростью 50 бит / с и вспомогательной меандровой последовательностью 100 Гц [21].
СпутникиГЛОНАСС-К также передают новые сигналы CDMA в L3-диапазоне на несущей частоте 1202,025 МГц [23]. Скорость передачи микросхем для кода дальности составляет 10,23 Мбит / с, и он повторяется каждые 1 мс. Новый сигнал, однако, использует метод квадратурной фазовой манипуляции (QPSK) с синфазным каналом, выделенным для данных, и квадратурным каналом для пилотной информации.Этот спектр сигнала показан на рисунке 8.
Рисунок 8.
L3 спектр сигнала CDMA [23].
10.3. Код ранжирования стандартной точности (код C / A)
Код C / A представляет собой 511-битную двоичную последовательность, которая модулируется на несущей частоте с частотой дискретизации 0,511 МГц и, таким образом, повторяется каждую миллисекунду [3]. Он получается из седьмого бита девятиразрядного регистра сдвига. Код описывается неприводимым многочленом 1 + x 5 + x 7 .Начальное состояние определяется как каждый бит, содержащий значение «1» [22].
10.4. Код дальности с высокой точностью (P-код)
P-код ГЛОНАСС представляет собой двоичную последовательность длиной 5,11 миллионов бит. Он модулируется несущим сигналом с частотой 5,11 МГц и, следовательно, повторяется каждые 1 с [3].
10,5. Внутрисистемные помехи
Внутрисистемные помехи в ГЛОНАСС возникают из-за свойств взаимной корреляции кодов дальности и используемого метода FDMA [22]. Помехи действительно возникают внутри приемника между сигналами, передаваемыми по частотному каналу K = n, и сигналами, передаваемыми по соседним каналам K = n + 1 и K = n — 1.Другими словами, эта интерференция возникает, когда спутники с соседними частотами видны одновременно.
10.6. Навигационное сообщение ГЛОНАСС
Навигационное сообщение содержит немедленные и не немедленные данные. Он транслируется со спутников ГЛОНАСС со скоростью 50 бит / с, чтобы предоставить пользователям необходимые данные для определения местоположения, времени и планирования наблюдений [22].
Непосредственные данные содержат информацию о спутниках ГЛОНАСС. Это трансляция навигационного сигнала, который включает в себя в основном счет спутникового времени и разницу между бортовой шкалой времени спутника и временем ГЛОНАСС.Разница между несущей частотой спутникового сигнала и его номинальным значением также включается в эти данные вместе с эфемеридами и другими параметрами.
Непосредственные данные, с другой стороны, содержат информацию об альманахе системы. Данные альманаха предоставляют информацию о состоянии всех спутников в текущем созвездии, грубые корректировки бортовой шкалы времени для каждого спутника относительно времени ГЛОНАСС. Данные альманаха также содержат информацию об орбитальных параметрах всех спутников (орбитальный альманах) и поправку ко времени ГЛОНАСС по отношению к UTC (SU) и некоторым другим параметрам [22].
11. Сравнение GPS и ГЛОНАСС
В этом разделе дается краткое сравнение GPS и ГЛОНАСС. Важно понимать сходства и различия между GPS и ГЛОНАСС, в частности, при объединении их в одну навигационную службу или решение. Основные различия между обеими системами связаны со структурой созвездия, системой отсчета времени, системой координат и методом модуляции или мультиплексирования сигнала. В следующих подразделах кратко описываются системы координат и времени GPS и ГЛОНАСС.
11.1. Системы отсчета времени
И GPS, и ГЛОНАСС имеют свои собственные системы времени; Таким образом, преобразование времени из времени ГЛОНАСС во время GPS или наоборот непросто. Самый важный фактор, который необходимо учитывать при обработке данных комбинированных GPS и ГЛОНАСС, — это разница между двумя временными шкалами.
11.2. Система времени ГЛОНАСС
Как видно из Таблицы 2, дневная стабильность спутниковых часов для ГЛОНАСС, ГЛОНАСС-М и ГЛОНАСС-К лучше, чем 5 × 10 −13 , 1 × 10 −13 и 5 × 10 −14 соответственно.Временной сдвиг между временем ГЛОНАСС и национальным эталонным временем UTC (SU) составляет 3 часа ICD (2008):
tGLONASS = tUTCSU + 03h00minsE5
Следующее выражение используется для выравнивания эфемерид спутников ГЛОНАСС в одном случае с измерениями, приведенными в UTC. (SU):
tGLONASS = t + τc + τntb − γntbt − tbE6
где
t время передачи навигационного сигнала по бортовой шкале времени,
τ c поправка шкалы времени ГЛОНАСС на Время UTC (SU),
t b индекс временного интервала в пределах текущего дня,
τ n (t b ) Поправка к n-му спутниковому времени относительно времени ГЛОНАСС в момент времени t b ,
γ n (t b ) относительное отклонение прогнозируемого значения несущей частоты n-спутника от номинального значения в момент времени t b .
Спутники ГЛОНАСС-М передают разницу между шкалой времени GPS и ГЛОНАСС (которая никогда не превышает 30 нс) [22].
11.3. Преобразование времени
Время ГЛОНАСС может быть преобразовано в время GPS по следующей формуле [27]:
tGPS = tGLONASS + τc + τu + τgE7
, где
τc = τUTCSU − tGLONASSE8
τu =
− tUTC9 τg = tGPS − tUTCE10При комбинированной обработке данных GPS / ГЛОНАСС необходимо учитывать различия между этими временными шкалами.В противном случае вносятся систематические ошибки, которые повлияют на комбинированное решение позиционирования.
В таблице 3 приведены основные параметры GPS и ГЛОНАСС, которые необходимо учитывать при объединении обработки данных GPS / ГЛОНАСС.
| ГЛОНАСС | GPS | |||
|---|---|---|---|---|
| Созвездие | Число спутников | 24 | 32 | |
| наклон | 64.8 ° | 55 ° | ||
| Радиус орбиты | 25,510 км | 26,560 км | ||
| Высота орбиты | 19,130 км | 20,200 км | ||
| Характеристики сигнала | Мультиплексирование | FDMA | CDMA | |
| Несущие частоты | 1602 + k × 0,5625 МГц 1246 + k × 0.4375 МГц | 1575,42 МГц 1227,60 МГц | ||
| Кодовые частоты | Код C / A: 0,511 Код P: 5,11 | Код C / A: 1.023 Код P: 10,23 | ||
| Эфемериды широковещательной передачи | , скорость, ускорение | Кеплеровские элементы | ||
| Система координат | PZ-90.02 | WGS-84 | ||
| Система времени | Время ГЛОНАСС | Время GPS | ||