 |
Современное состояние системы ГЛОНАСС
|
|
|
|
Некоторые положительные сдвиги начались с принятием в 2001 году Федеральной целевой программы «Глобальная навигационная система» [6]. Она состоит из пяти подпрограмм, из которых наиболее значимыми можно считать первые три:
Обеспечение функционирования и развития системы ГЛОНАСС;
Разработка, подготовка производства и изготовление навигационного оборудования и аппаратуры для гражданских потребителей;
Внедрение и использование спутниковых навигационных систем на транспорте.
Фактические изменения к лучшему можно отсчитывать от 25 декабря 2005 года, когда начала осуществляться замена спутников семейства «Глонасс» на спутники «Глонасс-М» (военное наименование «Ураган-М»). Основными характерными отличиями были:
Срок активного существования спутника увеличен до семи лет;
Точность позиционирования увеличена в 2...2, 5 раза за счет предоставления гражданским пользователям сигналов в двух диапазонах L1 (1598...1609МГц) и L2 (1243...1252МГц).
В дальнейшем было осуществлено семь запусков (по три спутника в каждом), таким образом, на орбиту было выведено 23 спутника «Глонасс-М» (с учетом двух спутников, запущенных 25.12.2005). Из спутников, входящих в состав орбитальной группировки (по состоянию на 08.03.2010):
18 используется по целевому назначению;
Два временно выведены на техобслуживание.
В течение 2010 года планируется еще два запуска, а именно: три спутника «Глонасс-М» в сентябре и три спутника в декабре (два «Глонасс-М» и один спутник третьего поколения «Глонасс-К»). Таким образом, в течение этого года орбитальная группировка будет полностью укомплектована.
К вопросу о надежности спутников. Из 23 спутников «Глонасс-М» на данный момент из состава орбитальной группировки окончательно выведен только один, проработавший 42 месяца. Максимальную наработку (62 месяца) на данный момент имеет «переходной» (от «Глонасс» к «Глонасс-М») спутник, запущенный в декабре 2004 года и все еще входящий в состав группировки. Периодически ряд спутников выводился на техобслуживание, но возвращался в состав орбитальной группировки через непродолжительное время. Трудно оценить, насколько объективен срок эксплуатации в семь лет, но на данный момент каких-то оснований ожидать «обвала» нет.
|
|
|
Что орбитальная группировка обеспечивает на сегодняшний день? На рисунке 1 представлен расчет зоны видимости системы ГЛОНАСС для конкретной точки Земли (в частности, город Минск). Видим, что на протяжении всех суток видно не менее четырех спутников (минимальное количество, необходимое для расчета координат и высоты), а, как правило, число видимых спутников существенно больше.
Считается, что для определения с заявленной точностью необходимо, чтобы значение PDOP (позиционный трехмерный геометрический фактор) было меньше шести. Интегральная доступность рассчитывается на основе текущего альманаха для суточного интервала как процент времени, в течение которого это условие выполняется. о системе ГЛОНАСС
Опять же учтем ожидаемый ввод в эксплуатацию трех недавно запущенных спутников.
Внимание Правительства РФ к системе ГЛОНАСС
Напомним, что спутниковая навигационная система включает в себя три сегмента:
Космический. К нему относятся спутники, выведенные на орбиту Земли.
Наземный сегмент управления. Он состоит из главной станции, совмещенной с вычислительным центром группы контрольно-измерительных станций, и наземного эталона времени и частоты. (Более подробно - в источниках [1...3]).
Наземный сегмент потребителей. К нему относится приемное оборудование всех конечных пользователей ГНСС. Основная задача навигационной аппаратуры потребителей (НАП) - прием информации со спутников, ее интерпретация и вывод на дисплей либо в канал связи в надлежащем виде.
|
|
|
Если с первыми двумя сегментами все понятно (они финансируются из бюджета), то третий сегмент оплачивается конечным пользователем, и его необходимо убедить перейти от более дешевых односистемных GPS-приемников на более дорогие (а это объективная реальность) двухсистемные ГЛОНАСС/GPS.
Заказчиков Министерства обороны и других силовых структур, а также авиацию, морской флот и МЧС особенно убеждать не надо. Там понятно, что поскольку система NAVSTAR принадлежит Министерству обороны США, то она именно им и контролируется, а, следовательно, может быть отключена (или загрублена) в неких конфликтных ситуациях или в других случаях, если возникнет такая необходимость (прецеденты были). И возразить здесь нечего - это их система. Другое дело, что это решение затронет интересы потребителей, хотя бы и нейтральных по отношению к данной конфликтной ситуации. Наличие аппаратуры потребителя, поддерживающей собственную навигационную систему, будет допустимым выходом из положения, пусть и с некоторой потерей качества. Заинтересованность в двухсистемной аппаратуре должны проявлять аналогичные ведомства других государств; причина также понятна: есть две системы, пусть обе чужие, но вероятность, что будет работать хотя бы одна, больше. Тем не менее, объем рынка военных приложений, использующих навигационные технологии, достаточно ограничен.
По прогнозам на 2010 год [5], более 70% рынка НАП будут занимать мобильные устройства (сотовые телефоны, PDA, навигаторы и т.п.). На этом рынке радужных перспектив у производителей двухсистемных решений немного. Конечным потребителем, как правило, является частное лицо, которое, по понятным причинам, далеко как от проблем безопасности, так и от преимуществ технических характеристик совмещенных приемников. Более низкие цены на приемники NAVSTAR частному потребителю, наоборот, близки и понятны. И вряд ли какие-то решения Правительства переломят эту ситуацию (тем более, что и мобильных устройств, поддерживающих ГЛОНАСС, пока не наблюдается).
Остается сегмент корпоративных потребителей. Как правило, это аппаратура для мониторинга транспортных средств. По тем же прогнозам на 2010 год ее доля на рынке НАП составит 23%. Снижение по сравнению с 2000 годом отнюдь не связано с потерей интереса к этим приложениям - он, наоборот, растет. Но за стремительными темпами внедрения навигационных технологий в мобильные устройства угнаться невозможно. И по отношению к транспортному сегменту действия Правительства вполне адекватны. Постановление Правительства РФ от 25 августа 2008 г. «Об оснащении транспортных, технических средств и систем аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS» [7] определяет:
|
|
|
Оснащению аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS подлежат следующие транспортные, технические средства и системы:
космические средства (ракеты-носители, разгонные блоки, космические аппараты и корабли, спускаемые капсулы (аппараты));
воздушные суда государственной, гражданской и экспериментальной авиации;
морские суда и суда внутреннего речного и смешанного («река - море») плавания;
автомобильные и железнодорожные транспортные средства, используемые для перевозки пассажиров, специальных и опасных грузов;
приборы и оборудование, используемые при проведении геодезических и кадастровых работ;
средства, обеспечивающие синхронизацию времени.
Подобное решение, конечно же, является протекционизмом, но вполне понятным по отношению к проектам, которые, в той или иной степени, финансируются из бюджета.
Другое дело, что дальнейшее развитие наземного пользовательского сегмента ГЛОНАСС невозможно без вложений в развитие отечественной элементной базы для навигационной аппаратуры, а также определенных льгот для производителей аппаратных и программных средств НАП.
Преимущества технологии навигации по объединенному созвездию ГЛОНАСС/GPS
Глобальные навигационные спутниковые системы определяют местоположение, скорость и точное время. Однако существенным фактором, влияющим на точность работы наземного навигационного оборудования, является количество видимых на небосклоне спутников. Для гарантированной работы GPS необходимо открытое пространство, когда в поле зрения находится максимальное число спутников, и отсутствуют отраженные сигналы.
|
|
|
При наличии различных затенений радиовидимости, которые характерны для условий применения на наземном транспорте, а особенно в условиях современного городского ландшафта, возможности точного позиционирования значительно ухудшаются. Количество видимых спутников одной системы может быть недостаточным для решения навигационной задачи с требуемой точностью, и само решение часто становится невозможным. Использование двух навигационных систем улучшает и расширяет возможности для потребителей.
Характерным примером является работа навигационного приемника вблизи стены дома, когда физически половина небосвода закрыта. В таких условиях использование ГЛОНАСС совместно с GPS существенно (почти в два раза) повышает надежность и достоверность приемника по определению координат. Поскольку решение навигационных задач на наземном транспорте предполагает работу в условиях частичных и частых затенений радиовидимости, приемник ГЛОНАСС+GPS имеет значительные преимущества перед любым односистемным приемником GPS или ГЛОНАСС.
Система ГЛОНАСС, в отличие от GPS, позволяет осуществлять уверенный прием навигационного сигнала в северных и южных полярных широтах Земли.
Совмещенные ГЛОНАСС/GPS-приемники компании «ГеоСтар Навигация»
Рассматривая ГЛОНАСС/GPS-приемники, предлагаемые отечественными производителями, ограничимся только одним классом, а именно OEM-приемниками, то есть законченными модулями, предназначенными для встраивания в качестве электронного компонента в законченные изделия различного назначения. Ряд производителей предлагают на рынок и законченные навигационные изделия для морских, авиационных, наземных носителей, и геодезическую аппаратуру, однако в основе этих изделий все равно лежат OEM-приемники.
Приемник использует сигналы со спутников обеих навигационных систем ГеоС-1, что позволяет определить точное местоположение объекта там, где это невозможно (или возможно с ограничениями - режим 2D) в случае использования систем по отдельности. Приемник ГеоС-1 способен получать данные местоположения, используя или только сигналы ГЛОНАСС, или только GPS, или работая по совмещенному созвездию ГЛОНАСС+GPS. Структурная схема приемника представлена на рис. 4.
Рис. 4. Структурная схема приемника ГеоС-1
Цифровая часть приемника ГеоС-1 состоит из БИС процессора с архитектурой ARM-7 (AT91FR40162S компании Atmel) и коррелятора с акселератором (автомат быстрого поиска), выполненного на заказной БИС, являющейся разработкой ФГУП НИИМА «Прогресс». Применение специализированной микросхемы обеспечивает достижение высоких показателей по времени от подачи питания до первых координат и высокие показатели чувствительности приемника. За счет аппаратной реализации алгоритмов поиска ГеоС-1 обеспечивает получение навигационных данных в течение 36 секунд в «холодном» старте и в течение 4 секунд в «горячем» старте.
|
|
|
Точность определения координат (среднеквадратичное отклонение) в плане 3 м, по высоте 5 м. Точность определения скорости 0, 05 м/с. Темп выдачи навигационной информации - пять раз в секунду. Приемник выдает импульс метки времени (1PPS - один импульс в секунду) с точностью 50 нс по отношению к шкале времени GPS-Time.
Чувствительность приемника в режиме обнаружения составляет - 170 дБВт; в режиме слежения - 180 дБВт. Требования к антенне: активная, с дополнительным усилением 10...35 дБ.
Питание 3, 3 В ±5%; потребляемая мощность в режиме слежения 500 мВт, в дежурном режиме (питание от батарейного источника) 20...30 мкВт.
Каналы обмена данными: один канал USB 2.0, два дуплексных канала RS-232 (уровни сигналов LVTTL) с программно задаваемой скоростью передачи 4800...203400 бит/с. В зависимости от используемых каналов обмена (два канала RS-232 или один канал RS-232 + USB) и исполнения батарейного источника питания (установленный на плате или внешний) возможны четыре варианта исполнения, обозначаемые в заказе как суффикс «xx» в наименовании ГеоС-1хх. Габаритные размеры изделия 47х35х9 мм.
В отличие от ГеоС-1, который устанавливается в аппаратуру пользователя автономно и соединяется с платами пользователя кабелями, приемник ГеоС-1м представляет собой модуль для поверхностного монтажа. Модуль непосредственно распаивается на пользовательскую печатную плату в рамках единого цикла ее монтажа. Габаритные размеры ГеоС-1м 35х35х3 мм (то есть на 47% меньше ГеоС-1). Вариант исполнения один - два канала RS-232 и внешний батарейный источник. Потребляемая мощность, по сравнению с ГеоС-1, также снижена и составляет 350 мВт в режиме слежения.
Технические характеристики модуля и его структура (за исключением отсутствия USB-порта) аналогичны приведенным для ГеоС-1.
Оба приемника являются изделиями гражданского назначения. Высокая чувствительность приемника и скорость определения координат в совокупности с малыми габаритами и низкой потребляемой мощностью обеспечивают их успешное применение в бортовой аппаратуре различных систем мониторинга транспорта.
|
|
|
