Что лучше: ГЛОНАСС, GPS или Galileo?
В современном мире, где нормальное функционирование отдельных отраслей напрямую зависит от качества поставляемых услуг в области навигационных спутниковых систем, вопрос отнюдь не праздный.
На сегодняшний день существует несколько спутниковых навигационных систем, предназначенных для определения местоположения и точного времени, а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов.
С точки зрения доступности и применения интерес представляют четыре системы: российская ГЛОНАСС, американская NAVSTAR GPS, европейская система Galileo и китайская система BeiDou/Compass.
Системы ГЛОНАСС и NAVSTAR GPS полностью введены в эксплуатацию и являются глобальными.
Рис. 1. Существующие средства навигационно-временного обеспечения.
На различных этапах ввода в эксплуатацию находятся системы Galileo и BeiDou/Compass, которые в перспективе также обеспечат глобальный сервис.
Рис. 2. Перспективные средства навигационно-временного обеспечения.
Состав навигационных систем.
Любая спутниковая навигационная система состоит из трех основных сегментов:
- Космический сегмент или орбитальная группировка;
- Наземный сегмент ;
- Пользовательский сегмент.
Орбитальная группировка системы ГЛОНАСС представлена 30 космическими аппаратами из которых по состоянию на 29/06-2014 23 находятся в системе, 2 в резерве. Оставшиеся спутники на этапе ввода в эксплуатацию или техническом обслуживании. Космические аппараты вращаются на круговых орбитах в трех орбитальных плоскостях на высоте 19100 км. Число спутников в каждой орбитальной плоскости – 8.
В состав орбитальной группировки системы NAVSTAR GPS входят 32 космических аппарата, вращающихся на круговых орбитах в 6 орбитальных плоскостях на высоте 20183 км. Число спутников в каждой орбитальной плоскости 4.
Орбитальную группировку системы Galileo составят 30 спутников (27 операционных и 3 резервных). Полностью развернуть орбитальную группировку планируется в 2016 году, когда выведут на орбиту все 30 спутников (27 операционных и 3 резервных). Орбитальная группировка системы GALILEO будет располагаться в трех плоскостях, наклоненных к экватору под углом 56 градусов на высоте 23224 км., по 9 спутников в каждой орбитальной плоскости.
Орбитальная группировка системы Beidou/Compass , будет состоять из 36 КА, 5 КА будут находиться на геостационарной орбите; 5 КА на наклонной геосинхронной орбите; 24 КА на средней околоземной орбите. Остальные спутники, возможно, составят орбитальный резерв. Такое размещение орбитальной группировки обеспечит системе круглосуточный глобальный охват поверхности Земли.
Наибольший интерес представляют системы ГЛОНАСС и NAVSTAR GPS.
По точности измерения обе системы примерно равны. Согласно данным системы дифференциальной коррекции и мониторинга на 30 июня 2014 г. точность обеих систем составляет 5-7 м. Американская система имеет более развитую сеть станций, передающих поправки для дифференциального режима. Эти станции, расположенные на территории США, Канады, Японии, КНР, ЕС и Индии, позволяют снизить погрешность на территории этих стран до 1-2 м.
В то же время Российские станции дифференциальной коррекции расположены в основном на территории РФ.
Текущая сеть наземных станций насчитывает 14 станций в России, одну станцию в Антарктиде и одну в Бразилии. Развитие системы предусматривает развёртывание восьми дополнительных станций на территории России и нескольких станций за рубежом (дополнительные станции будут размещены в таких странах, как Куба, Иран, Вьетнам, Испания, Индонезия, Никарагуа, Австралия, две в Бразилии, и ещё одна дополнительная будет размещена в Антарктиде).
Несомненным преимуществом отечественной системы является более высокая точность в приполярных областях Земли за счет более высокого наклонения орбит.
По сообщению Reuters, сотрудники шведской компании Swepos, обслуживающей общенациональную сеть спутниковых навигационных станций, признали преимущество российской системы навигации ГЛОНАСС над американской GPS.
По словам Бо Йонссона, замглавы подразделения геодезических исследований, ГЛОНАСС обеспечивает более точное позиционирование в северных широтах: «она (Глонасс) работает немного лучше в северных широтах, потому что орбиты её спутников расположены выше, и мы видим их лучше, чем спутники GPS». Йонссон сообщил, что 90 % клиентов его компании используют Глонасс в комбинации с GPS. Нужно отметить, что здесь господин Йонссон не совсем точен. Речь, скорее всего, идет не о высоте орбит, орбиты спутников GPS несколько выше чем у ГЛОНАСС, а о наклоне орбитальных плоскостей: 64,80 у системы ГЛОНАСС против 550 у системы GPS.
И все же наилучшая точность определения местоположения достигается при использовании устройств, позволяющих принимать сигналы как от системы ГЛОНАСС, так и от системы GPS.
Дело в том, что для точного определения координат нужно четыре спутника той или иной системы. Однако в большинстве случаев такое определение дает достаточно низкую точность: ее сложно использовать в условиях городской застройки для решения определенных задач.
С ростом числа наблюдаемых спутников точность растет. Обычно наблюдается 6-9 спутников системы GPS. Если мы работаем на закрытой местности: в горах, в лесу, особенно в городском ландшафте, когда мы фактически ходим в джунглях, то количество спутников, которые мы видим, может очень сильно уменьшаться - или геометрия их расположения может становиться неэффективной.
Например, спутники могут выстраиваться в одну линию вдоль улицы. В этом случае, общее количество спутников, которые мы можем наблюдать, является очень важным аспектом: чем их больше, тем выше качество в столь стесненных условиях. Так по данным все той же системы дифференциальной коррекции и мониторинга на 30 июня 2014 г. точность навигационных определений при совместном использовании ГЛОНАСС и GPS возрастает до 3-5 м.
На ниже приведенных диаграммах представлена доступность систем ГЛОНАСС и GPS по данным системы дифференциальной коррекции и мониторинга на 30 июня 2014 г.
Здесь PDOP - снижение точности по местоположению.
Рис. 3. Доступность ГНСС ГЛОНАСС.
Рис.4. Доступность ГНСС GPS.
Рис.5. Доступность ГНСС ГЛОНАСС + GPS.
Планируется увеличение точности обеих систем.
К 2015 году точность системы ГЛОНАСС доведут до 1,4 м, к 2020 году – 0,6 м с последующим увеличением этого показателя до 10 см. Система GPS, после вывода на орбиту спутников нового поколения, обеспечит своим пользователям точность 0,6-0,9 м. При использовании дифференциального режима, уже сегодня вполне возможна точность 0,1 м. В вопросе надежности систем и подержания космической группировки пальма первенства на текущий момент за американской системой GPS. Важным отличием системы ГЛОНАСС от системы GPS заключается в том, что спутники ГЛОНАСС в своем орбитальном движении не имеют резонанса (синхронности) с вращением Земли, что обеспечивает им бóльшую стабильность.
Система Galileo, как ожидается, обеспечит точность 30 см в низких широтах при одновременном приеме сигнала от 8-10 спутников. За счет более высокой, чем у спутников GPS орбиты, на широте полярного круга будет обеспечена точность 1 м.
О точности системы Beidou/Compass сегодня говорить пока рано, в виду того что система развернута не полностью. Однако, 8 мая 2014 года система прошла экспертную проверку, в ходе которой было установлено, что её точность составляет менее 1 м. По заявлению академика АН Китая Ян Юаньси точность спутниковой системы БЕЙДОУ при работе в дифференциальном режиме превосходит аналогичные показатели системы GPS.
Про опасности.
2 апреля 2014 года произошел крупный сбой в работе системы ГЛОНАСС. В течение почти 11 часов все 24 спутника системы выдавали некорректные данные, т.е. система оказалась неработоспособной. Работоспособность системы восстановили, в причинах разбираются. Вопрос, возможно ли повторение подобных ситуаций, остается открытым.
Но не все гладко в вопросах поддержания необходимого количества космических аппаратов в составе орбитальной группировки и у GPS.
В 2009 году Главное бюджетно-контрольное управление США (GAO) выпустило отчет о будущем системы GPS, в котором выражена озабоченность тем, что орбитальная группировка может оказаться неспособной обеспечивать должные эксплуатационные качества в период с 2010 по 2018 год (System Design & Test newsletter, May 2009, GPS World, May 27, 2009). Брэд Паркинсон, первый директор отдела реализации программы GPS, главный архитектор и защитник GPS, заявил: "Возможно, что в группировке окажется менее 24 спутников".
Нужна ли России собственная система спутниковой навигации? Однозначно нужна. Без использования современных навигационных технологий трудно будет обеспечить конкурентоспособность национальной экономики.
Нельзя также игнорировать тот факт, что система GPS, впрочем, как и российская ГЛОНАСС, контролируется военными ведомствами. Поэтому ставить российскую экономику в зависимость от американской GPS, с учетом возможностей режима селективного доступа и преднамеренного "загрубления" или искажения сигнала над определенной географической территорией, а также существующих техногенных, экономических и других рисков, как минимум, недальновидно. Особенно в условиях действия экономических санкций, направленных в первую очередь на ослабление позиции России на международной экономической арене, и нового витка «холодного» противостояния России и блока НАТО.
Из-за опасений, что системы ГЛОНАСС могут быть использованы в военных целях, госдепартамент США отказал Роскосмосу в выдаче разрешений на строительство на американской территории нескольких российских измерительных станций. В ответ на запрет с 1 июня 2014 года приостановлена работа на территории РФ станций для системы GPS. А уже с 1 сентября работа этих станций может быть прекращена. Отключение наземных станций отразится только на сверхточном позиционировании, которое не используется в гражданских целях.
Тем не менее, случай довольно показательный. Что касается Galileo, то система являет собой яркий пример не очень успешной попытки создания глобальной навигационной спутниковой системы с привлечением на коммерческой основе частного капитала, то есть смешивания функций государства и бизнеса. Это уже привело к задержке создания европейской системы Galileo на несколько лет.
По оценкам специалистов, система Galileo может заработать в полном объеме после 2014 года. Для пользователей системы (за исключением авиации, торгового флота, правительственных и военных организаций, спецслужб, спасательно-поисковых служб) будет доступна открытая и коммерческая службы. Открытая служба обеспечит пользователей бесплатным сигналом с точностью на уровне современных систем. Гарантии его получения предоставляться не будут.
Благодаря достигнутым компромиссам с правительством США применяемый формат данных, используемый также в сигналах модернизированной GPS, позволит взаимодополнять системы GPS и Galileo. Коммерческая служба будет предоставлять кодированный сигнал, позволяющий получить повышенную точность позиционирования. Права на использование сигнала планируется перепродавать через провайдеров. Предполагается гибкая система оплаты в зависимости от времени использования и вида абонента. Очевидно, что пользователям системы Galileo в сферах, где требуется высокая точность позиционирования, придется нести дополнительные расходы за услуги пользования системой.
Система Beidou/Compass находится в коммерческой эксплуатации с декабря 2012 г. Система будет обеспечивать пользователей данными о позиции, скорости и точном времени. Данные будут предоставляться по открытым каналам. Помимо отраслевых возможностей использования системы, разработчики анонсировали также возможность обмена текстовыми сообщениями между абонентами системы.
Персональные пользователи системы смогут воспользоваться сервисом по предоставлению информации о ближайших отелях, ресторанах, парковках, культурных объектах путем отправки текстовых сообщений местным поставщикам услуг. Поставщики услуг немедленно найдут необходимую информацию, основываясь на местоположении пользователя, и затем, отправят электронную карту, например, в телефон пользователя. Пользователь также сможет получить услуги с добавленной стоимостью, такие как заказ номера в отеле, столика в ресторане или заказ парковочного места.
Хотя работы по совместимости систем Beidou/Compass и ГЛОНАСС начались в 2014 г., пока неизвестно будет ли доступен полный функционал системы Вeidou/Compass российским пользователям.
Рис. 6. Зона покрытия системы Beidou на текущий момент.
Таким образом, сегодня в мире существует две действительно глобальных системы спутниковой навигации: ГЛОНАСС и GPS.
Однозначного ответа на вопрос какая система все-таки лучше, на сегодняшний день дать не сможет никто.
Что использовать: российскую систему ГЛОНАСС, поддержав отечественного производителя, или использовать систему GPS рискуя быть отключенным от системы в самый неподходящий момент? Очевидны преимущества использования аппаратуры, поддерживающей как ГЛОНАСС так и GPS, ведь с позиции рядового потребителя, чем с большим количеством глобальных спутниковых навигационных систем способна работать его аппаратура, тем лучше с точки зрения доступности и качества услуги навигационного определения.
Уже сегодня на рынке можно найти двух- или трехсистемную аппаратуру, которая помимо GPS и ГЛОНАСС сможет работать с сигналами Galileo. Если будут успешно развернуты орбитальные группировки Galileo и Compass, то не заставит себя ждать и ГЛОНАСС/GPS/Galileo/Compass-аппаратура потребителя. Выбор остаётся за вами.
Алексей Афанасов
Что такое ГЛОНАСС сегодня знают многие. Но как именно работает эта система, для чего она предназначена и что необходимо для ее эффективного использования, часто остается «за скобками».
Расценивать систему ГЛОНАСС просто как систему спутниковой навигации - значит, предельно упрощать ее функционал. Сегодня она может использоваться не только военными (как это было изначально задумано), но и владельцами коммерческих предприятий, а также рядовыми автолюбителями.
ГЛОНАСС – это российская разработка, которая обеспечивает точное позиционирование объекта в пространстве с минимальной погрешностью. Для определения координат используется специальное оборудование, которое при поддержке наземной инфраструктуры связывается с сетью спутников, выведенных на околоземную орбиту.
Принцип работы системы:
- На объект, координаты которого необходимо определить, устанавливается приемно-передающее устройство – терминал .
- Для позиционирования терминал подает запрос на спутники. Чем больше спутников ответят на запрос (в идеале – не менее 4), тем точнее будут определены координаты.
- Ответный сигнал поступает в терминал, программный комплекс которого анализирует время задержки для разных спутников. На основе анализа ответной информации определяются координаты объекта, на котором установлено приемное оборудование.
При постоянной работе терминала (т.е. регулярной отправке запросов и анализе ответов) система ГЛОНАСС может определять не только положение, но и скорость движения объекта. При движении точность позиционирования снижается, но все равно остается достаточной для того, чтобы навигационное оборудования могло выполнить привязку координат объекта к электронной карте местности и построить маршрут.
Сравнение с основным аналогом - системой GPS
Дать полный ответ на вопрос «Что такое ГЛОНАСС?» невозможно без сравнения его с «ближайшим конкурентом» - системой глобального позиционирования GPS. Работы над обеими системами начались в СССР и США примерно в одно время – в начале 80х годов прошлого века. После того как спутниковая навигация вышла из-под полного контроля военных и стала применяться в коммерческих целях, ГЛОНАСС и GPS развивались по достаточно схожим сценариям.
Обе системы работают на базе группировок из 24 спутников на геостационарных орбитах. Но есть у них и отличия:
- Российские спутники двигаются в 3 плоскостях (соответственно, 8 аппаратов на одну орбиту).
- У спутников GPS выделено 4 орбиты по 6 аппаратов в каждой.
- Погрешность позиционирования у GPS несколько ниже, но обе системы достаточно точно определяют координаты.
- Основное преимущество GPS - практически 100% покрытие территории земного шара. ГЛОНАСС полностью покрывает территорию РФ, но за пределами Российской Федерации есть участки, в которых сигнал от спутников очень слабый или полностью отсутствует.
- Также есть нюансы технического характера: сервис из США использует кодировку CDMA, российский - более сложную и потому более энергоемкую кодировку FDMA. Из-за этого срок эксплуатации спутников ГЛОНАСС сокращается, так что возникает потребность в более частом выводе техники на орбиту.
Сложно говорить об однозначном преимуществе одной из двух описанных навигационных систем. Тем более что чаще всего оборудование для удаленного позиционирования делают комбинированным: оно может работать как со спутниками GPS, так и с аппаратурой ГЛОНАСС.
Сфера применения
Аппаратура и программное обеспечение, которое дает возможность определять местонахождение объекта с помощью спутниковой сети, может решать несколько задач.
Основная функция, которую выполняют бытовые терминалы ГЛОНАСС - глобальная навигация для транспорта. Такое оборудование представляет собой усовершенствованную карту: координаты, определённые терминалом, накладываются на план местности и показывают оптимальное направление движения к заданному пункту.
Кроме этого оборудование может использоваться:
- В системах мониторинга транспорта . Предприятия, вынужденные отслеживать движение множества транспортных средств (автобусы для перевозки пассажиров, грузовики) по регулярным или нерегулярным маршрутам, получает возможность в любом момент увидеть, где находится та или иная машина. Для этого автомобили оснащаются ГЛОНАСС-терминалами, которые подключаются к программному обеспечению.
Кроме непосредственного отслеживания перемещения техники диспетчер получает возможность контролировать соблюдение скоростного режима, режима труда/отдыха шофера, сохранности груза в холодильных отсеках рефрижераторов, уровня горючего в баках/цистернах. Для решения этих задач может устанавливаться дополнительное оборудование, которое подключается к разъемам терминала.
- В беспилотных автомобилях. Для беспилотников спутниковая система навигации наряду с сенсорами, которые считывают параметры окружения – основные управляющие элементы. Такое оборудование уже производится и проходит испытания - в том числе на трассах РФ. Эксперты прогнозируют рост доли беспилотной техники на дорогах уже в ближайшем будущем.
- В противоугонных системах. ГЛОНАСС-трекер , скрытно установленный в машине, может подать сигнал тревоги, если координаты автомобиля изменяться без ведома хозяина. Кроме того, оборудование может периодически посылать сообщения с указанием местонахождения авто – это облегчит владельцу или представителям правоохранительных органов поиск украденной машины.
ГЛОНАСС для контроля транспорта
Если в сегменте систем навигации для водителей GPS традиционно остается более популярным, то ГЛОНАСС занимает более выгодную нишу в коммерческом сегменте. Связано это с активным развитием систем удаленного мониторинга транспорта.
Такие системы традиционно включают сеть ГЛОНАСС-терминалов, установленных на технике, и диспетчерское программное обеспечение. Внедрение мониторинга предусматривает его интеграцией с логистической схемой предприятия.
Основная задача – координация работы транспортного департамента и отслеживание движения автомобилей, перевозящих пассажиров или грузы, в режиме реального времени. Координаты каждой машины определяются по спутнику с установленным интервалом и накладываются на карту, потому диспетчер или руководитель департамента получает максимально объективную и оперативную информацию.
Кроме этого, мониторинг транспорта может использоваться для:
- Повышения уровня дисциплины. Навигационный терминал отслеживает движение машины по маршруту, исключая нецелевое использование техники и простои. Любая незапланированная остановка или отклонение от маршрута должны быть мотивированы водителем, причем связаться с ним диспетчер может сразу при обнаружении нарушения.
- Повышения безопасности движения и снижения аварийности. Система ГЛОНАСС дает возможность контролировать скорость движения, сигнализируя диспетчеру о превышении скорости. Кроме того, мониторинг позволяет отслеживать переработку для соблюдения режима труда и отдыха. Это не только снижает риск аварий из-за переутомления, но и гарантирует отсутствие штрафов при проверке показаний тахографа .
- Контроль уровня горючего. Установка датчиков уровня топлива с подключением их к терминалу практически полностью исключает возможность хищения ГСМ.
Что такое ЭРА ГЛОНАСС?
Система определения координат с помощь спутников ГЛОНАСС может решать и еще одну задачу – экстренное оповещение об аварии. Для этого в машину устанавливается терминал ЭРА-ГЛОНАСС (УВЭОС) с SIM-картой для работы в мобильной сети, и «тревожная кнопка» для вызова диспетчера.
Если машина оборудуется ЭРА-ГЛОНАСС при производстве или поставке в РФ, то кроме терминала с кнопкой вызова в нее устанавливаются также датчики, реагирующие на повреждения и автоматически подающие сигнал тревоги при ударе или перевороте.
Основная задача системы - оповестить экстренные службы (ДПС ГИБДД, МЧС, Скорую Помощь) о ДТП, передав им координаты места аварии и базовые сведения о машине и пассажирах. При этом сигнал о произошедшем принимает диспетчер колл-центра, он же передает полученные сведения спасательным службам.
Особенности работы экстренного информирования
Работает ЭРА-ГЛОНАСС по простому принципу:
- Сигнал тревоги может быть активирован автоматически (сработал датчик удара/переворота) или в ручном режиме (водитель либо кто-то из пассажиров нажал кнопку).
- После того как сигнал поступит в колл-центр, диспетчер связывается с машиной в голосовом режиме (конструкция терминала включает динамик и микрофон). Это необходимо для исключения ложных вызовов или случайных срабатываний кнопки «SOS».
- Если ответ не был получен, или водитель подтвердил факт ДТП, информация передается спасательным службам.
Автоматическая работа системы минимизирует время между аварией и прибытием помощи на место происшествия. Это значительно снижает смертность на дорогах, потому что у Скорой Помощи и спасателей появляется больше времени на оказание квалифицированной помощи.
Надежность системы очень высока: терминалы снабжаются автономными источниками питания, и даже при обесточивании бортовой сети во время аварии они сохраняют работоспособность в течение минимум нескольких часов. Этого вполне хватает для определения координат, а также для связи с колл-центром.
SIM-карта, установленная в терминале, обеспечивает устойчивую связь с диспетчером везде, где есть покрытие мобильной сети. Для обеспечения надежной связи приборы комплектуются эффективными антеннами для сотовой связи и спутников ГЛОНАСС. Обычно при хорошем качестве сигнала данные передаются по GPRS (используется 3G модем), при проблемах со связью терминала может отправлять служебные SMS с основной информацией для экстренных служб.
И сам сеанс связи с диспетчером, и вызов помощи путем активации экстренного информирования спасательных служб полностью бесплатны.
Какие данные собирает?
УВЭОС обязательны к установке для всех автомобилей, которые выпускаются в обращение на территорию РФ. Но если новые машины оснащаются терминалами, тревожными кнопками и датчиками на производстве, то при импорте техники владелец обязан за свой счет установить ЭРА-ГЛОНАСС, иначе эксплуатировать машину в РФ будет невозможно.
Один из аргументов против оборудования автомобиля ЭРА-ГЛОНАСС – возможное отслеживание перемещения техники по спутниковой сети (т.е. незаконная передача личных данных спецслужбам) или прослушка салона. На практике же в терминалах не реализована функция трекинга, потому без ведома владельца отследить движение машины нельзя.
По информации производителей, терминал собирает и передает только такие данные:
- Координаты места аварии.
- Скорость на момент аварии.
- Тип срабатывания сигнала тревоги (датчик удара/переворота, принудительный вызов).
- Данные о машине: номер, марку, тип двигателя (бензин/дизель).
- Количество пристегнутых ремней безопасности.
Также службам спасения передается информация, полученная диспетчером при разговоре с водителем.
Сегодня ГЛОНАСС - это не просто навигатор, который позволит не потеряться на незнакомых дорогах. Возможности спутникового позиционирования куда шире, и воспользоваться ими может как рядовой автовладелец, так и руководитель коммерческого предприятия с обширным парком автомобилей.
На смену бумажным картам местности пришли карты электронные, навигация по которым осуществляется с помощью спутниковой системы GPS. Из данной статьи вы узнаете, когда появилась спутниковая навигация, что представляет из себя сейчас и что ждет ее в ближайшем будущем.
Во время Второй мировой войны у флотилий США и Великобритании появился весомый козырь – навигационная система LORAN, использующая радиомаяки. По окончанию боевых действий технологию в свое распоряжение получили гражданские суда «про-западных» стран. Спустя десятилетие СССР ввела в эксплуатацию свой ответ – навигационная система «Чайка», основанная на радиомаяках, используется по сей день.
Но у наземной навигации есть существенные недостатки: неровности земного рельефа становятся преградой, а влияние ионосферы негативно сказывается на времени передачи сигнала. Если между навигационным радиомаяком и судном слишком большое расстояние, погрешность определения координат может измеряться километрами, что недопустимо.
На смену наземным радиомаякам пришли спутниковые навигационные системы для военных целей, первая из которых – американская Transit (другое название NAVSAT) – была запущена в 1964 году. Шесть низкоорбитальных спутников обеспечивали точность определения координат до двух сотен метров.
В 1976 году СССР запустила аналогичную военную навигационную систему «Циклон», а через три года – еще и гражданскую под названием «Цикада». Большим недостатком ранних систем спутниковой навигации было то, что пользоваться ими можно было лишь короткое время на протяжении часа. Низкоорбитальные спутники, да еще и в малом количестве, были не способны обеспечить широкое покрытие сигнала.
GPS vs. ГЛОНАСС
В 1974 году армия США вывела на орбиту первый спутник новой в то время системы навигации NAVSTAR, которую позже переименовали в GPS (Global Positioning System). В середине 1980-х технологию GPS разрешили использовать гражданским кораблям и самолетам, но на протяжении длительного времени им было доступно в разы менее точное позиционирование, чем военным. Двадцать четвертый спутник GPS, последний требовавшийся для полного покрытия поверхности Земли, запустили в 1993 году.
В 1982 году свой ответ представила СССР – им стала технология ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система). Завершающий 24-й спутник ГЛОНАСС вышел на орбиту в 1995 году, но малый срок эксплуатации спутников (три-пять лет) и недостаточное финансирование проекта почти на десятилетие вывели систему из строя. Восстановить всемирное покрытие ГЛОНАСС удалось только в 2010 году.
Чтобы избежать подобных сбоев, и GPS, и ГЛОНАСС сейчас используют 31 спутник: 24 основных и 7 резервных, как говорится, на всякий «пожарный» случай. Летают современные навигационные спутники на высоте порядка 20 тыс. км и за сутки успевают дважды облететь Землю.
Принцип работы GPS
Позиционирование в сети GPS проводится путем измерения расстояния от приемника до нескольких спутников, местоположение которых в текущий момент времени точно известно. Расстояние до спутника измеряется путем умножения задержки сигнала на скорость света.
Связь с первым спутником дает информацию лишь о сфере возможных расположений приемника. Пересечение двух сфер даст окружность, трех – две точки, а четырех – единственно верную точку на карте. В роли одной из сфер чаще всего используют нашу планету, что позволяет вместо четырех спутников позиционироваться только по трем. В теории точность позиционирования GPS может достигать 2 метров (на практике же погрешность значительно больше).
Каждый спутник отправляет приемнику большой набор информации: точное время и его поправку, альманах, данные эфемерид и параметры ионосферы. Сигнал точного времени требуется для измерения задержки между его отправкой и приемом.
Навигационные спутники оснащаются высокоточными цезиевыми часами, тогда как приемники – куда менее точными кварцевыми. Поэтому для проверки времени осуществляется контакт с дополнительным (четвертым) спутником.
Но ошибаться могут и цезиевые часы, поэтому их сверяют с размещенными на земле водородными часами. Для каждого спутника в центре управления системой навигации индивидуально рассчитывается поправка времени, которая впоследствии вместе с точным временем отправляется приемнику.
Еще одним важным компонентом системы спутниковой навигации является альманах, который представляет собой таблицу параметров орбит спутников на месяц вперед. Альманах, как и поправка времени, рассчитываются в центре управления.
Передают спутники и индивидуальные данные эфемерид, на основе которых вычисляются отклонения орбиты. А учитывая что скорость света нигде кроме вакуума не постоянна, в обязательном порядке учитывается задержка сигнала в ионосфере.
Передача данных в сети GPS ведется строго на двух частотах: 1575,42 МГц и 1224,60 МГц. Разные спутники транслируют сигнал на одной и той же частоте, но используют кодовое разделение каналов CDMA. То есть сигнал спутника – всего лишь шум, раскодировать который можно только при наличии соответствующего PRN-кода.
Вышеописанный подход позволяет обеспечить высокую помехоустойчивость и использовать узкий частотный диапазон. Тем нее менее, иногда GPS-приемникам все равно приходится подолгу искать спутники, что вызвано рядом причин.
Во-первых, приемник изначально не знает, где находится спутник, удаляется он или приближается и какое смещение частоты его сигнала. Во-вторых, контакт со спутником считается удачным только тогда, когда от него получен полный набор информации. Скорость же передачи данных в сети GPS редко превышает показатель 50 бит/с. А стоит сигналу оборваться из-за радиопомех, как поиск начинается заново.
Будущее спутниковой навигации
Сейчас GPS и ГЛОНАСС широко применяются в мирных целях и, по сути, являются взаимозаменяемыми. Новейшие навигационные чипы поддерживают оба стандарта связи и подключаются к тем спутникам, которые находят первыми.
Американская GPS и российская ГЛОНАСС – далеко не единственные в мире системы спутниковой навигации. К примеру, Китай, Индия и Япония начали развертывать собственные ССН под названием BeiDou, IRNSS и QZSS соответственно, которые будут действовать только внутри своих стран, а потому потребуют сравнительно малого количества спутников.
Но самый большой интерес, пожалуй, вызывает проект Galileo, который разрабатывается Европейским союзом и должен быть запущен на полную мощность до 2020 года. Изначально Galileo задумывалась как сугубо европейская сеть, но о своем желании поучаствовать в ее создании уже заявили страны Ближнего Востока и Южной Америки. Так что в скором времени на рынке глобальных ССН может появиться «третья сила». Если и эта система будет совместима с существующими, а скорей всего так и будет, потребители только выиграют – скорость поиска спутников и точность позиционирования должны вырости.
Спутниковые системы мониторинга позволяют отслеживать местоположение объекта слежения в любой точки мира. Удивительная точность достигается за счет использования последних технологических разработок, спроектированных лучшими специалистами всего мира.
Такие системы это новое слова в мире управления системой транспорта, благодаря использованию спутникового мониторинга транспорта можно наладить логистисечкую систему, снизить транспортные затраты за счет быстрого нахождения путей и маршрутов отправления для доставки товаров до потребителя.
Эти системы мониторинга были разработаны для реализации сложных и чрезвычайно важных государственных программ, что говорит о надёжности их проектирования и эффективности функционирования. Сегодня такие системы стали доступены и рядовым потребителям.
На сегодняшний день спутниковые системы мониторинга используются крупными логистическими и транспортными компаниями. При этом затраты на приобретение системы мониторинга оправданы – они окупают себя уже за несколько отчетных периодов использования.
Они зарекомендовали себя во многих областях, с каждым годом их возможности увеличиваются, а стоимость приобретения становится всё более доступной не только для крупных – транснациональных корпораций, но и для более мелких компаний.
Так, эти системы эффективно используется небольшими компаниями, предоставляющими услуги транспортировки, в том числе и услуги такси. Такой мониторинг в сфере такси позволяет быстро и точно отследить местоположение машины, тем самым сэкономить человеческие ресурсы, таким образом, со временем можно автоматизировать систему служб такси и повысить эффективность деятельности.
Наши системы – это то, что нужно современному обществу, то, что сделает жизнь безопаснее, а предпринимательскую деятельность эффективнее.
Спутниковый мониторинг транспорта
ГЛОНАСС
Общая справка ГЛОНАСС
Российская ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система (ГЛОНАСС) предназначена для оперативного глобального навигационно-временного обеспечения неограниченного числа потребителей наземного, морского, воздушного и космического базирования. Система была принята в эксплуатацию в 1993 году.
ГЛОНАСС является государственной системой, которая разрабатывалась как система двойного использования, предназначенная для нужд Министерства обороны и гражданских потребителей.
С 1996 года по предложению Правительства Российской Федерации ГЛОНАСС наряду с американской GPS используется Международной организацией гражданской авиации и Международной морской организацией.
В соответствии с Указом Президента Российской Федерации доступ к гражданским навигационным сигналам системы ГЛОНАСС предоставляется российским и иностранным потребителям на безвозмездной основе и без ограничений.
Основу орбитальной группировки ГЛОНАСС составляют спутники нового поколения <Глонасс-М>. В ближайшее время планируется начать летные испытания космических аппаратов нового поколения <Глонасс-К> с техническими характеристиками, сопоставимыми с лучшими мировыми аналогами.
Обязанности по управлению и эксплуатации системы ГЛОНАСС возложены на Министерство обороны Российской Федерации.
История развития системы
Первый спутник ГЛОНАСС был выведен Советским Союзом на орбиту 12 октября 1982 года. 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию с орбитальной группировкой из 12 спутников. В декабре 1995 года спутниковая группировка была развернута до штатного состава - 24 спутника.
Вследствие недостаточного финансирования, а также из-за малого срока службы, число работающих спутников сократилось к 2001 году до 6.
В августе 2001 года была принята федеральная целевая программа «Глобальная навигационная система», согласно которой полное покрытие территории России планировалось уже в начале 2008 года, а глобальных масштабов система достигла бы к началу 2010 года. Для решения данной задачи планировалось в течение 2007, 2008 и 2009 годов произвести шесть запусков РН и вывести на орбиту 18 спутников - таким образом, к концу 2009 года группировка вновь насчитывала бы 24 аппарата.
В конце марта 2008 года совет главных конструкторов по российской глобальной навигационной спутниковой системе (ГЛОНАСС), заседавший в Российском научно-исследовательском институте космического приборостроения, несколько скорректировал сроки развёртывания космического сегмента ГЛОНАСС. Прежние планы предполагали, что на территории России системой станет возможно пользоваться уже к 31 декабря 2007 года; однако для этого требовалось 18 работающих спутников, некоторые из которых успели выработать свой гарантийный ресурс и прекратили работать. Таким образом, хотя в 2007 году план по запускам спутников ГЛОНАСС был выполнен (на орбиту вышли шесть аппаратов), орбитальная группировка по состоянию на 27 марта 2008 года включала лишь шестнадцать работающих спутников. 25 декабря 2008 года количество было доведено до 18 спутников.
На совете главных конструкторов ГЛОНАСС план развёртывания системы был скорректирован с той целью, чтобы на территории России система ГЛОНАСС заработала хотя бы к 31 декабря 2008 года. Прежние планы предполагали запуск на орбиту двух троек новых спутников «Глонасс-М» в сентябре и в декабре 2008 года; однако в марте 2008 года сроки изготовления спутников и ракет были пересмотрены, чтобы ввести все спутники в эксплуатацию до конца года. Предполагалось, что запуски состоятся раньше на два месяца и система до конца года в России заработает. Планы были реализованы в срок.
В ноябре 2009 года было объявлено, что Украинский научно-исследовательский институт радиотехнических измерений (Харьков) и Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения (Москва) создадут совместное предприятие. Стороны создадут систему спутниковой навигации для обслуживания потребителей на территории двух стран. В проекте будут использованы украинские станции коррекции для уточнения координат систем ГЛОНАСС.
15 декабря 2009 года на встрече премьер-министра России Владимира Путина с главой Роскосмоса Анатолием Перминовым было заявлено, что развёртывание ГЛОНАСС будет окончено к концу 2010 года.
С переходом на спутники «Глонасс-К» точность системы ГЛОНАСС станет сопоставимой с точностью американской навигационной системы NAVSTAR GPS - единственной зарубежной развернутой навигационной системой.
02 сентября 2010г. группировка спутников пополнена еще 3 спутниками и общее количество спутников в группировке доведено до 26ед.
GPS
История
Идея создания спутниковой навигации родилась ещё в 50-е годы. В тот момент, когда СССР был запущен первый искусственный спутник Земли, американские учёные во главе с Ричардом Кершнером, наблюдали сигнал, исходящий от советского спутника и обнаружили, что благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении. Суть открытия заключалась в том, что если точно знать свои координаты на Земле, то становится возможным измерить положение и скорость спутника, и наоборот, точно зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты.
Реализована эта идея была через 20 лет. Первый тестовый спутник выведен на орбиту 14 июля 1974 г США, а последний из всех 24 спутников, необходимых для полного покрытия земной поверхности, был выведен на орбиту в 1993 г., таким образом, GPS встала на вооружение. Стало возможным использовать GPS для точного наведения ракет на неподвижные, а затем и на подвижные объекты в воздухе и на земле.
Первоначально GPS - глобальная система позиционирования, разрабатывалась как чисто военный проект. Но после того, как в 1983 году был сбит вторгшийся в воздушное пространство Советского Союза самолёт Корейских Авиалиний с 269 пассажирами на борту, президент США Рональд Рейган разрешил частичное использование системы навигации для гражданских целей. Во избежание применения системы для военных нужд точность была уменьшена специальным алгоритмом.
Затем появилась информация о том, что некоторые компании расшифровали алгоритм уменьшения точности на частоте L1 и с успехом компенсируют эту составляющую ошибки. В 2000 г. это загрубление точности было отменено указом президента США.
Наземные станции контроля космического сегмента
Слежение за орбитальной группировкой осуществляется с главной контрольной станции, расположенной на авиабазе ВВС США Schriever, штат Колорадо, США и с помощью 10 станций слежения, из них три станции способны посылать на спутники корректировочные данные в виде радиосигналов с частотой 2000-4000 МГц. Спутники последнего поколения распределяют полученные данные среди других спутников.
Применение GPS
Несмотря на то, что изначально проект GPS был направлен на военные цели, сегодня GPS всё чаще используются в гражданских целях. GPS-приёмники продают во многих магазинах, торгующих электроникой, их встраивают в мобильные телефоны, смартфоны, КПК и онбордеры. Потребителям также предлагаются различные устройства и программные продукты, позволяющие видеть своё местонахождение на электронной карте; имеющие возможность прокладывать маршруты с учётом дорожных знаков, разрешённых поворотов и даже пробок; искать на карте конкретные дома и улицы, достопримечательности, кафе, больницы, автозаправки и прочие объекты инфраструктуры.
- Геодезия: с помощью GPS определяются точные координаты точек и границы земельных участков.
- Картография: GPS используется в гражданской и военной картографии.
- Навигация: с применением GPS осуществляется как морская так и дорожная навигация.
- С помощью GPS ведётся мониторинг за положением, скоростью автомобилей, контроль за их движением.
- Сотовая связь: первые мобильные телефоны с GPS появились в 90-х годах. В некоторых странах, например США это используется для оперативного определения местонахождения человека, звонящего 911. В России в 2010 году начата реализация аналогичного проекта — Эра-глонасс.
- Тектоника, Тектоника плит: с помощью GPS ведутся наблюдения движений и колебаний плит.
- Активный отдых: есть разные игры, где применяется GPS, например, Геокэшинг и др.
- Геотегинг: информация, например фотографии «привязываются» к координатам благодаря встроенным или внешним GPS-приёмникам.
Точность
Типичная точность современных GPS-приёмников в горизонтальной плоскости составляет примерно 10-12 метров при хорошей видимости спутников (такая же как и у ГЛОНАСС). На территории США и Канады имеются станции WAAS, передающие поправки для дифференциального режима, что позволяет снизить погрешность до 1-2 метров на территории этих стран. при использовании более сложных дифференциальных режимов, точность определения координат можно довести до 10 см. К сожалению точность любой СНС сильно зависит от открытости пространства, от высоты используемых спутников над горизонтом.
Спутниковой навигацией пользуются водители, велосипедисты, туристы – даже любители утренних пробежек отслеживают собственный маршрут при помощи спутников. Вместо того чтобы расспрашивать прохожих, как найти нужный дом, большинство предпочитают достать смартфон и задать этот вопрос ГЛОНАСС или GPS. Несмотря на то, что модули спутниковой навигации установлены в каждом смартфоне и в большинстве спортивных часов, только один человек из десяти понимает, как работает эта система и как в море девайсов с функциями GPS/ГЛОНАСС найти подходящий.
Как устроена спутниковая навигационная система
Аббревиатура GPS расшифровывается как Global Positioning System: «система глобального позиционирования», если переводить дословно. Идея использовать спутники на околоземной орбите для определения координат наземных объектов появилась в 1950-е, сразу после того, как Советский Союз запустил первый искусственный спутник. Американские ученые отслеживали спутниковый сигнал и обнаружили, что его частота меняется, когда спутник приближается или отдаляется. Поэтому, зная свои точные координаты на Земле, можно вычислить и точное расположение спутника. Это наблюдение и дало толчок для разработки глобальной системы расчета координат.
Первоначально открытием заинтересовался флот – разработку начала военно-морская лаборатория, но со временем было решено создать единую систему для всех вооруженных сил. Первый спутник GPS вывели на орбиту 1978-м. Сейчас сигналы передают около тридцати спутников. Когда навигационная система заработала, военные ведомства США сделали подарок всем жителям планеты – открыли свободный доступ к спутникам, так что каждый может пользоваться Global Positioning System бесплатно, был бы приемник.
Вслед за американцами Роскосмос создал свою систему: первый спутник ГЛОНАСС вышел на орбиту в 1982 году. ГЛОНАСС – Глобальная навигационная спутниковая система, работающая по тому же принципу, что и американская. Сейчас на орбите находятся 24 российских спутника, которые обеспечивают координирование.
Чтобы воспользоваться одной из систем, а лучше двумя одновременно, нужен приемник, который будет получать сигналы от спутников, а также компьютер для расшифровки этих сигналов: местоположение объекта вычисляется, исходя из интервалов между полученными сигналами. Точность вычислений – плюс-минус 5 м.
Чем больше спутников «видит» устройство, тем больше информации может предоставить. Для определения координат навигатору достаточно увидеть всего два спутника, но если он запеленгует хотя бы четыре спутника, девайс сможет сообщить, например, скорость передвижения объекта. Поэтому современные навигационные устройства считывают все больше параметров:
- Географические координаты объекта.
- Скорость его передвижения.
- Высоту над уровнем моря.
Какие могут возникнуть погрешности в работе GPS/ГЛОНАСС
Спутниковая навигация хороша тем, что доступна круглосуточно из любой точки планеты. Где бы вы ни находились, если у вас есть приемник – вы сможете определить координаты и построить маршрут. Однако на практике сигнал спутников могут глушить физические препятствия или погодные катаклизмы: если вы проезжаете подземный туннель, а сверху к тому же бушует шторм, сигнал может не «добить» до приемника.
Эту проблему решили за счет технологии A-GPS: она предполагает, что приемник обращается через альтернативные каналы связи к серверу. Тот, в свою очередь, использует данные, полученные от спутников. Благодаря этому можно пользоваться навигационной системой в помещениях, туннелях, в непогоду. Технология A-GPS рассчитана на смартфоны и прочие персональные устройства, поэтому, выбирая навигатор или смартфон, уточняйте, поддерживает ли он этот стандарт. Так вы сможете быть уверенными, что устройство не подведет в ответственный момент.
Владельцы смартфонов иногда жалуются, что навигатор работает не точно или периодически «отключается», не определяет координаты. Как правило, это связано с тем, что в большинстве смартфонов функция GPS/ГЛОНАСС по умолчанию отключена. Для расчетов координат устройство использует сотовые вышки или беспроводной интернет. Проблема решается настройкой смартфона, активацией нужного способа определения координат. Также может потребоваться калибровка компаса или сброс настроек навигатора.
Виды навигаторов
- Автомобильные. Навигационные система, завязанная на спутниках ГЛОНАСС или их американских аналогах, может быть частью бортового компьютера авто, но чаще покупают отдельные устройства. Они не только определяют координаты машины и позволяют без проблем добраться из пункта А в пункт Б, но также защищают от угона. Даже если злоумышленники угонят машину, ее можно будет отследить по маячку. Плюс специальных устройств для авто еще и в том, что они предусматривают установку антенны – за счет антенны можно усилить ГЛОНАСС-сигнал.
- Туристические. Если в автомобильный навигатор можно установить специальный набор карт, то к туристическим устройствам предъявляются более строгие требования: современные модели допускают использование расширенного набора карт. Однако самый простой туристический девайс – это только приемник сигнала с простейшим компьютером. Он может даже не отмечать координаты на карте, и тогда потребуется бумажная карта с навигационной сеткой. Впрочем, сейчас такие устройства покупают только из соображений экономии.
- Смартфоны, планшеты с GPS/ГЛОНАСС-приемником. Смартфоны также позволяют загрузить расширенный набор карт. Их можно использовать, как автомобильные и туристические навигаторы, главное – установить приложение и загрузить необходимые карты. Многие из полезных навигационных программ – бесплатные, но за некоторые нужно заплатить небольшую сумму.
Навигационные программы для смартфонов
Одна из самых простых программ, рассчитанных на тех, кто не хочет вникать в функционал: MapsWithMe. Она позволяет загрузить из сети карту нужного региона, чтобы затем пользоваться ею, даже если соединения с интернетом не будет. Программа покажет местоположение на карте, отыщет отмеченные на этой карте объекты – их можно сохранять в закладки и пользоваться потом быстрым поиском. На этом функционал исчерпывается. Программа использует только векторные карты – другие форматы загрузить нельзя.
Владельцы устройств на Android могут воспользоваться программой OsmAnd. Она подходит водителям и пешеходным туристам, поскольку позволяет автоматически проложить маршрут по автодорогам или горным тропинкам. ГЛОНАСС-навигатор будет вести вас по маршруту голосовыми командами. Кроме векторных карт, можно использовать растровые, а также отмечать путевые точки и записывать треки.
Ближайшая альтернатива OsmAnd – приложение Locus Map. Оно подойдет для пешеходных туристов, поскольку напоминает классическое навигационное устройство для туристов, какие были в ходу до появления смартфонов. Использует и векторные, и растровые карты.
Туристические устройства
Смартфоны и планшеты могут заменить специальное GPS/ГЛОНАСС-устройство для туризма, но у такого решения есть свои недостатки. С одной стороны, если есть смартфон, не нужно покупать никаких дополнительных девайсов. На большом ярком экране легко работать с картой, выбор приложений широкийо – мы указали всего несколько программ, охватить все предложения невозможно. Но у смартфона есть и недостатки:
- Быстро разряжается. В среднем устройство работает сутки, а в режиме постоянного поиска координат – и того меньше.
- Требует бережного обращения. Конечно, существуют защищенные смартфоны, но кроме того, что они дорогие, надежность такого смартфона все равно не сравнится со специальным туристическим ГЛОНАСС-устройством. Оно может быть полностью водонепроницаемым.
Для многодневных походов по дикой местности разработаны специализированные устройства, во влагозащищенных корпусах и с мощными аккумуляторами. Однако при выборе такого прибора важно уточнять, чтобы он поддерживал и векторные, и растровые карты. Растровая карта – это изображение, привязанное к координатам. Вы можете взять бумажную карту, отсканировать ее, связать с координатами ГЛОНАСС – и получится растровая карта. Векторные карты – не картинка, но набор объектов, которые программа размещает на изображении. Система позволяет запустить поиск по объектам, но самостоятельно создать подобную схему сложно.
