ЗАДАНИЕ 2. Вопрос 9. Системы спутниковой навигации

Принцип действия спутниковой GPS-навигации (Global Positioning System - система глобального позиционирования) основан на определении расстояния от текущего положения приемника до группы спутников. Точное местоположение GPS-спутников известно. Зная расстояние до трех спутников, можно определить текущее местоположение, как точку пересечение трех окружностей (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Определение текущего местоположения GPS-приемника

Расстояние до спутников определяется простым уравнением R = t∙c, где t – время распространения радиосигнала от спутника до наблюдателя, а с – постоянная величина, равная скорости света.

Чтобы определить момент, в который сигнал был отправлен со спутника, навигационное сообщение модулируется «псевдошумовым» PRN-кодом, соответствующим номеру спутника. Аналогичная последовательность генерируется в GPS-приемнике в строгой временной синхронизации с кодом спутника. Принятый со спутника код сравнивается с кодом приемника, и определяется «как давно» в приемнике была сгенерирована схожая последовательность.

Выявленный таким образом сдвиг одного кода по отношению к другому будет соответствовать времени прохождения сигналом расстояния от спутника до приемника. Преимуществом кодовых посылок является то, что измерения временного сдвига могут быть проведены в любой момент времени. [3].

Стоит отметить, что для точного вычисления расстояния часы GPS-приемника и GPS-спутника должны быть синхронизированы с высокой точностью. Но если на GPS-спутниках установлены атомные часы, имеющие очень высокую точность, то в обычных GPS-приемниках используются недорогие кварцевые генераторы, которые имеют существенно меньшую стабильность частоты. Поэтому для вычисления «ухода» частоты кварцевого генератора при решении навигационной задачи используются измерения параметров сигнала от 4-го спутника.

В настоящее время только две спутниковых системы обеспечивают полное и бесперебойное покрытие земного шара - GPS и ГЛОНАСС.

GPS (США) состоит из трёх основных сегментов: космического, управляющего и пользовательского (рис. 2.2). Спутники GPS транслируют сигнал из космоса, и все приёмники GPS используют этот сигнал для вычисления своего положения в пространстве по трём координатам в режиме реального времени.

Космический сегмент состоит из 32 спутников, вращающихся на средней орбите Земли. По состоянию на 1 июня 2014 года используются по целевому назначению лишь 29 аппаратов.

Управляющий сегмент представляет собой главную управляющую станцию и несколько дополнительных станций, а также наземные антенны и станции мониторинга, ресурсы некоторых из упомянутых являются общими с другими проектами.

Пользовательский сегмент представлен приёмниками GPS, находящихся в ведении государственных институтов, и сотнями миллионов
устройств, владельцами которых являются обычные пользователи.

Рис. 2.2 Сегменты системы GPS

Глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС) - советская/российская спутниковая система навигации, была разработана по заказу Министерства обороны СССР.

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 являются 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трёх орбитальных плоскостях с наклоном орбитальных плоскостей 64,8° и высотой орбит 19400 км. Принцип измерения аналогичен американской системе навигации NAVSTAR GPS. Основное отличие от системы GPS в том, что спутники ГЛОНАСС в своём орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им большую стабильность.

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), [4].

Для определения координат приёмник должен принимать сигнал как минимум четырёх спутников.

Рис. 2.3 Схема взаимодействия системы “ЭРА+ГЛОНАСС” со службами экстренного реагирования, [5].

 

Есть сегодня и целый ряд «строящихся» систем глобальной спутниковой навигации:

1. Бэйдоу (BeiDou). Развёртываемая Китаем местная система GNSS, основанная на геостационарных спутниках. По состоянию на 2015 год система имела 14 работающих спутников: 5 на геостационарных орбитах, 5 - на геосинхронных и 4 - на средних околоземных. Предполагается, что к 2020 году, когда количество спутников будет увеличено до 35, система «Бэйдоу» сможет работать как глобальная.

2. Galileo (Галилео). Европейская система, находящаяся на этапе создания спутниковой группировки. По состоянию на январь 2016 года на орбите находится 12 спутников, два из которых ещё не введены в строй. Планируется полностью развернуть спутниковую группировку к 2020 году.

3. IRNSS. Индийская навигационная спутниковая система, в состоянии разработки. Предполагается для использования только в Индии. Первый спутник был запущен в 2008 году. Общее количество спутников системы IRNSS - 7.

4. QZSS. Японская квази-зенитная спутниковая система (Quasi-Zenith Satellite System, QZSS) была задумана в 2002 г. как коммерческая система с набором услуг для подвижной связи, вещания и широкого использования для навигации в Японии и соседних районах Юго-Восточной Азии. Первый QZSS-спутник был запущен в 2010 г. Предполагается создание группировки из трёх спутников, находящихся на геосинхронных орбитах, а также собственной системы дифференциальной коррекции.

5. DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) - французская навигационная система. Принцип работы системы связан с применением эффекта Допплера. В отличие от других спутниковых навигационных систем основана на системе стационарных наземных передатчиков, приёмники расположены на спутниках. После определения точного положения спутника система может установить точные координаты и высоту маяка на поверхности Земли. Первоначально предназначалась для наблюдения за океанами и дрейфом материков.

Для сравнительного анализа систем сведем их основные характеристики в таблицу 2.1, [6].

Таблица 2.1 - Системы определения местоположения

Название	Краткое описание	Достоинства	Недостатки
GPS - Global Positioning System	GPS - американская спутниковая система навигации, определяющая местоположение.	Широкое распространение, стабильная работа на большинстве устройств.	Точность позиционирования составляет 2-4 метра, в помещениях сигнал со спутника часто теряется.
Galileo	Galileo - спутниковая система навигации, создаваемая Евросоюзом и Европейским космическим агентством. Ввод в эксплуатацию - 2016 год.	Совместимость с системой GPS Точность определения позиции 0.5-1 метр.	Низкая совместимость с современными навигационными приборами. Гражданское применение - не основная задача системы.
ГЛОНАСС - Глобальная навигационная спутниковая система	ГЛОНАСС - Российская спутниковая система навигации. Вторая глобальная система навигации (после GPS), работающая в данный момент.	Высокая точность в северном полушарии, хорошо дополняет GPS в работе.	Точность определения координат не стабильна, в среднем 3-6 метров. В помещениях сигнал часто теряется.

 

Для эффективной обработки данных о местоположении и построения маршрутов предназначены различные навигационные сервисы. Подобные сервисы привязывают данные о местоположении к специально обработанным картам местности или зданий, на которых затем строятся маршруты. Для повышения удобства такие сервисы часто выпускаются так же и в виде приложений для смартфонов, в которых пользователь может по своему усмотрению редактировать необходимые ему карты. Ключевым свойством подобных сервисов является корректировка данных о картах, которая позволяет быстро и своевременно вносить изменения, что в свою очередь обеспечивает постоянную актуальность информации.

В таблице 2.2 сопоставим различные представленные сейчас на рынке навигационные сервисы.

Таблица 2.2 - Навигационные сервисы

Название	Краткое описание	Достоинства	Недостатки
Google Maps	Google Maps -сервис, распространяемый компанией Google, представляющий собой графическую и спутниковую карты, а так же карту сети автодорог.	Большое количество карт различных городов, легкая встраиваемость в приложения.	Отсутствуют карты зданий. Местоположение определяется только по GPS.
NAVIMIN D	NAVIMIND - навигационный сервис, предназначенный для навигации в торговых центрах	Наличие большого количества схем зданий. Система работает как на терминале, так и в мобильном приложении.	Имеется только приложение для IOS. Отсутствует автоматическое определение местоположения.
2GIS	2GIS - Российский картографический сервис, предоставляющий карты, справочники и информационное сопровождение.	Большое количество информации. Имеются приложения для всех платформ и устройств.	Отсутствуют карты зданий, местоположение определяется по GPS/ ГЛОНАСС.

 

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: