В состав современных спутниковых радионавигационных систем входят три подсистемы:
- Подсистема навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ);
- Подсистема контроля и управления (наземный командно-измерительный комплекс (КИК));
- Аппаратура навигационных потребителей (приемо-индикаторы).
ГЛОНАСС. СРНС ГЛОНАСС предназначена для непрерывного обеспечения неограниченного числа воздушных, морских, наземных и космических потребителей высокоточной координатно-временной информацией в любой точке Земли и околоземного пространства независимо от метеоусловий. Она разрабатывалась и внедрялась как система двойного назначения, в первую очередь, для обеспечения национальной безопасности России, а также для решения гражданских научных и производственных задач.
ГЛОНАСС обеспечивает два уровня навигационной точности: высокоточный (ВТ-код) и стандартный (ПТ-код). ВТ-код предоставляется (помимо потребителей министерства обороны) авторизованным потребителям и обеспечивает повышенный уровень точности и защиту от преднамеренных помех.
Три сегмента составляют основу системы ГЛОНАСС:
- Космический сегмент;
- Сегмент управления;
- Сегмент потребителей.
Космический сегмент включает 24 спутника, излучающих непрерывные радионавигационные сигналы, которые формируют сплошное радионавигационное поле на поверхности Земли и околоземном пространстве. В системе ГЛОНАСС используются навигационные космические аппараты (НКА), вращающиеся по круговой геостационарной орбите на высоте ~ 19100 км. Период обращения спутника вокруг Земли равен в среднем 11 часам 45 минутам. Время эксплуатации спутника — 5 лет; за этот период параметры орбиты спутника не должны отличаться от номинальных значений более чем на 5 %.
Сегмент управления — наземная система управления, предназначенная для контроля функционирования, непосредственно управления и информационного обеспечения сети спутников.
Сегмент потребителя обеспечивает определение пространственных координат, вектора скорости, текущего времени и других навигационных параметров в результате приёма и обработки радиосигналов, принимаемых от спутников. Из этих трёх частей последняя, а именно аппаратура пользователей, самая многочисленная. Система ГЛОНАСС является беззапросной, поэтому количество потребителей системы не ограничено. Помимо основной функции — навигационных определений, — система позволяет производить высокоточную взаимную синхронизацию стандартов частоты и времени на удалённых наземных объектах и взаимную геодезическую привязку.
GPS. Американская система позиционирования GPS по своим функциональным возможностям аналогична российской системе ГЛОНАСС. Её основное назначение — высокоточное определение координат потребителя, составляющих вектора скорости и привязка к системной шкале времени. Система GPS разработана для Министерства обороны США и находится под его управлением. Как и система ГЛОНАСС, GPS состоит из космического сегмента, наземного командно-измерительного комплекса и сегмента потребителей. Полностью развернутый космический сегмент GPS состоит из 24 спутников в шести орбитальных плоскостях. Система обеспечивает два уровня навигационной точности: прецизионный (PPS) и стандартный (SPS). PPS (Р-код) предоставляется, помимо потребителей министерства обороны, только авторизованным потребителям и обеспечивает повышенный уровень точности и защиту от преднамеренных помех.
К пользовательскому сегменту относятся персональные GPS-приемники, которые продаются в виде автономных устройств, модулей расширения к портативным компьютерам или же встраиваются в определенные виды оборудования. Наиболее распространенными являются приемники СРНС для индивидуального пользования водителями автомобильного транспорта. Они имеют размер карманного калькулятора с клавиатурой и жидкокристаллическим дисплеем, на котором отображаются координаты пользователя, курс, расстояние и направление до контрольных точек маршрута, пройденный маршрут движения, карта местности, параметры видимых спутников [1].
GALILEO. Европейский проект спутниковой системы навигации. Предназначен для решения навигационных задач для любых подвижных объектов с точностью менее одного метра. Спутниковая радионавигационная система Galileo представляет собой уникальный глобальный проект системы массового обслуживания XXI века.
Запуск на орбиту рабочего прототипа навигационного космического аппарата (НКА) проекта Galileo под обозначением Giove-A был успешно осуществлен 28 декабря 2005 г. с космодрома Байконур российским ракетоносителем «Союз».
Рис. 1. Обобщенная структура СРНС Galileo
На рисунке 1 приведена обобщенная структура СРНС Galileo. Структура состоит из трех основных крупных частей: космического сегмента собственной группировки среднеорбитальных МЕО и геостационарных GЕО (Geostationary Earth Orbit) НКА космического дополнения SBAS (Space Based Augmentation System) к СРНС европейского проекта EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service); наземной инфраструктуры включая комплекс управления; пользовательского сегмента в виде аппаратуры пользователей.
В первую очередь отметим открытый характер структуры системы. Имеется в виду, что в структуру заложены центры обслуживания пользователей СРНС и наличие в ней кроме основного компонента системы также локальных и региональных подсистем. Впервые в СРНС Galileo в режиме S&R (Search and Rescue Service — служба поиска и спасения) предусматривается сопряжение с существующей системой поиска и спасения людей, терпящих бедствие на море и в труднодоступных регионах Земли. Речь идет о системе Cоspаs-Sarsat, радиомаяки-ответчики которой излучают в диапазоне UHF. Космические аппараты СРНС Galileo будут ретранслировать сигналы около 300-х радиомаяков этой системы, значительно расширяя их зону действия. Предусмотрено также сопряжение с такими внешними навигационными системами, как наземная импульcно-фазовая радионавигационная система (ИФРНС) Лоран-С и такими связными мобильными космическими низкоорбитальными системами, как Globalstar и Orbcomm, имеющими в своем составе навигационные встроенные услуги GPS. Работа системы Galileo базируется на 4-х ключевых службах: Первая — это открытая общедоступная служба OS (Open Service) по обеспечению навигации и определения координат подвижных объектов с передачей данных по мобильной связи. Эти услуги предоставляются бесплатно. Вторая служба связана с обеспечением безопасности движения SLS (Safety of Life Service) и гарантирует высокую вероятность (до 0,999) определения координат «с холодного старта» (с первого включения) в соответствии с требованиями для некоторых режимов ряда международных организаций, таких, как ICAO по авиации, IMO по морскому судоходству и др. В задачи третьей службы — PRS (Public Regulated Service) — входит предоставление навигационной информации госструктурам, полиции, гражданской обороне, службе экстренной помощи и т. п. Основное требование к этой службе — защита информации от внешних воздействий (помех) и несанкционированных доступов со стороны незарегистрированных пользователей. И, наконец, четвертая, коммерческая служба CS (Commercial Service) будет предоставлять гарантированные платные услуги зарегистрированным пользователям. В перечень услуг кроме услуг службы ОS входит также передача дополнительных данных, используемых при управлении движением подвижных объектов, таких, как электронные карты и др. [3]
Таким образом, спутниковые системы местоопределения GPS и ГЛОНАСС разрабатывались как чисто навигационные системы, и эти функции они выполняют блестяще. Но эксплуатация навигационных спутниковых систем, в первую очередь GPS, показала неоценимые возможности систем GPS и ГЛОНАСС в определении высокоточных координат для геодезии, геофизики, космоса, авиации и т. д. Спутниковые навигационные системы открывают новые возможности для их использования в различных областях: поиске и спасении терпящих бедствие; предупреждении о катастрофах; сборе данных о состоянии окружающей среды; контроле контейнерных перевозок; навигации и управлении околоземными космическими аппаратами; обеспечении работ в геодезии и картографии; прокладке коммуникаций; геологоразведочных работах, разработке месторождений полезных ископаемых, и др.
Особо следует отметить, что пользование проектом СРНС Galileo гарантирует требуемую точность, надежность и доступность обслуживания. Это позволит в некоторых обоснованных случаях применять упрощенные системы мониторинга радионавигационных полей и даже, возможно, отказаться от дифференциального режима.
Сравнительные характеристики GPS и Galileo (по одной частоте) приведены в таблице 1 ниже [2].
Таблица 1
Сравнительные характеристики GPS и Galileo
|
Параметры |
GPS |
Galileo |
|
Количество спутников |
27 |
30 |
|
Количество орбитальных плоскостей |
6 |
3 |
|
Разделение спутников по орбитальным плоскостям |
Неравномерное |
Равномерное |
|
Наклон орбитальных плоскостей |
53–56° |
54° |
|
Радиус орбиты |
26561,75 км |
29378,137 км |
|
Используемая частота |
L1 (1575,42 МГц) |
E1 (1575,42 МГц) |
Литература:
- Насыров И. А. Введение в современные спутниковые радионавигационные системы. Часть 1: Общие принципы, современное состояние, перспективы развития. Учебное пособие. — Казанский государственный университет, 2005. — 43 с.
- Электронный источник: http://www.geodinamika.ru/_userfiles/files/Reference %20Information/Navigational %20systems/navigational_systems.pdf
- Е. Т. Скорик. Новая спутниковая радионавигационная система проекта galileo. Наука та інновації. 2007.Т 3.№ 2. 64–73с.
