Спутниковая система ГЛОНАСС

Глобальная навигационная спутниковая система ГЛОНАСС предназначена для определения местоположения, скорости движения, а также точного времени морских, воздушных, сухопутных и других видов потребителей.

Система ГЛОНАСС состоит из трех подсистем:

• подсистемы космических аппаратов (ПКА);
• подсистемы контроля и управления (ПКУ);
• навигационной аппаратуры потребителей (НАП).

Подсистема космических аппаратов системы ГЛОНАСС состоит из 24-х спутников, находящихся на круговых орбитах высотой 19100 км, наклонением 64,8° и периодом обращения 11 часов 15 минут в трех орбитальных плоскостях. Орбитальные плоскости разнесены по долготе на 120°. В каждой орбитальной плоскости размещаются по 8 спутников с равномерным сдвигом по аргументу широты 45°. Кроме этого, в плоскостях положение спутников сдвинуты относительно друг друга по аргументу широты на 15°. Такая конфигурация ПКА позволяет обеспечить непрерывное и глобальное покрытие земной поверхности и околоземного пространства навигационным полем.

Подсистема контроля и управления состоит из Центра управления системой ГЛОНАСС и сети станций измерения, управления и контроля, рассредоточенной по всей территории России. В задачи ПКУ входит контроль правильности функционирования ПКА, непрерывное уточнение параметров орбит и выдача на спутники временных программ, команд управления и навигационной информации.

Навигационная аппаратура потребителей состоит из навигационных приемников и устройств обработки, предназначенных для приема навигационных сигналов спутников ГЛОНАСС и вычисления собственных координат, скорости и времени.

Принцип определения позиции аналогичен американской системе NAVSTAR. Первый спутник ГЛОНАСС был выведен на орбиту 12 октября 1982 года. 24 сентября 1993 года система была официально принята в эксплуатацию. Спутники системы ГЛОНАСС непрерывно излучают навигационные сигналы двух типов: навигационный сигнал стандартной точности ( СТ ) в диапазоне L1 (1,6 ГГц) и навигационный сигнал высокой точности ( ВТ ) в диапазонах L1 и L2 (1,2 ГГц). Информация, предоставляемая навигационным сигналом СТ, доступна всем потребителям на постоянной и глобальной основе и обеспечивает, при использовании приемников ГЛОНАСС, возможность определения:

• горизонтальных координат;
• вертикальных координат;
• составляющих вектора скорости;
• точного времени.

Точности определения можно значительно улучшить, если использовать дифференциальный метод навигации и/или дополнительные специальные методы измерений.

Для определения пространственных координат и точного времени требуется принять и обработать навигационные сигналы не менее чем от 4-х спутников ГЛОНАСС. При приеме навигационных радиосигналов ГЛОНАСС приемник, используя известные радиотехнические методы, измеряет дальности до видимых спутников и измеряет скорости их движения.
Одновременно с проведением измерений в приемнике выполняется автоматическая обработка содержащихся в каждом навигационном радиосигнале меток времени и цифровой информации. Цифровая информация описывает положение данного спутника в пространстве и времени (эфемериды) относительно единой для системы шкалы времени и в геоцентрической связанной декартовой системе координат. Кроме того, цифровая информация описывает положение других спутников системы (альманах) в виде кеплеровских элементов их орбит и содержит некоторые другие параметры. Результаты измерений и принятая цифровая информация являются исходными данными для решения навигационной задачи по определению координат и параметров движения. Навигационная задача решается автоматически в вычислительном устройстве приемника, при этом используется известный метод наименьших квадратов. В результате решения определяются три координаты местоположения потребителя, скорость его движения и осуществляется привязка шкалы времени потребителя к высокоточной шкале Универсального координированного времени (UTC).

В настоящее время орбитальная группировка состоит из 26 спутников, но еще не обеспечивает 100-процентную доступность услуг ГЛОНАСС на территории страны, однако количество видимых над горизонтом в России спутников ГЛОНАСС, как правило, равняется трем или более.
Спутники «ГЛОНАСС-М» в составе орбитальной группировки будут находиться, как минимум, до 2015 года. Летные испытания негерметичных спутников нового поколения «ГЛОНАСС-К» с улучшенными характеристиками (увеличенным до 10 лет гарантийным сроком и третьей частотой L-диапазона для гражданских потребителей) должны начаться в 2010 году. Этот спутник будет вдвое легче своего предшественника (примерно 850 кг против 1415 кг у «Глонасс-М»)
В дальнейшем, после развертывания орбитальной группировки из 24-х космических аппаратов, для ее поддержания потребуется делать по одному групповому пуску в год двух КА «ГЛОНАСС-К» на носителе «Союз», что существенно снизит эксплуатационные расходы.

Технические средства навигации.

Впервые потребительские спутниковые навигаторы, рассчитанные на совместное использование ГЛОНАСС и GPS, поступили в продажу 27 декабря 2007 года — это были спутниковые навигаторы Glospace. Однако первым приёмником, рассчитанным на работу с американской и российской навигационными системами, был профессиональный прибор компании Ashtech GG24, выпущенный в 1995 году.

По сообщению Вестей-24, объём производства составляет полторы-две тысячи навигаторов в месяц, а вопрос обеспечения цифровыми картами поручено проработать Роскартографии. По сообщению РИА «Новости» от 20 мая 2008 года, важная проблема ГЛОНАСС состоит в нехватке цифровых карт, и вице-премьер Сергей Иванов на совещании по развитию транспортной системы поведал, что основные средства, выделяемые на ГЛОНАСС, пойдут именно на эту часть программы — на создание цифровых карт.

В России навигационную аппаратуру выпускают порядка 10 предприятий («НПО Прогресс»,ЗАО «КБ НАВИС», ОАО «РИРВ», ОАО «МКБ Компас», ФГУП «НИИМА „Прогресс“», ОАО «Российские космические системы» (ФГУП «РНИИ КП), ОАО «Русские Навигационные Технологии», ООО «M2M телематика», ЗАО "Микчел-ТСК"и другие).Комбинированная ГЛОНАСС/GPS аппаратура профессионального уровня изготавливается многими производителями, в том числе зарубежными фирмами Topcon, Javad, Trimble, Septentrio, Ashtech, NovAtel, SkyWave Mobile Communications.

В целях реализации Постановления Правительства РФ от 25 августа 2008 года № 641 «Об оснащении транспортных, технических средств и систем аппаратурой спутниковой навигации ГЛОНАСС или ГЛОНАСС/GPS» НПО ПРОГРЕСС[19] разработало и выпустило аппаратуру спутниковой навигации ГАЛС-М1 и ГЛИССАДА-А1, которой уже сегодня могут быть оснащены многие виды военной и специальной техники Вооружённых Сил Российской Федерации.

Галилео (Galileo) — европейский проект спутниковой системы навигации. В отличие от американской и российской систем, система Галилео не контролируется ни государственными, ни военными учреждениями. Разработку осуществляет Европейское космическое агентство. Ожидается, что «Галилео» войдёт в строй в 2014—2016 годах, когда на орбиту будут выведены все 30 запланированных спутников (27 операционных и 3 резервных). Компания Arianespace заключила договор на 10 ракет-носителей «Союз» для запуска спутников, начиная с 2010 года.^[4] Космический сегмент будет обслуживаться наземной инфраструктурой, включающей в себя три центра управления и глобальную сеть передающих и принимающих станций.

В отличие от американской GPS и российской ГЛОНАСС, система Галилео не контролируется национальными военными ведомствами, однако, в 2008 году парламент ЕС принял резолюцию «Значение космоса для безопасности Европы», согласно которой допускается использование спутниковых сигналов для военных операций, проводимых в рамках европейской политики безопасности. Разработку системы осуществляет Европейское космическое агентство. Общие затраты оцениваются в 4,9 млрд евро.

Спутники «Галилео» будут выводиться на орбиты высотой 23 222 км (или 29 600,318 км от центра Земли), проходя один виток за 14 ч 4 мин и 42 с и обращаясь в трех плоскостях, наклонённых под углом 56° к экватору, что обеспечит одновременную видимость из любой точки земного шара по крайней мере четырёх аппаратов. Временна́я погрешность атомных часов, установленных на спутниках, составляет одну миллиардную долю секунды, что обеспечит точность определения места приёмника около 30 см на низких широтах. За счёт более высокой, чем у спутников GPS орбиты, на широте Полярного круга будет обеспечена точность до одного метра.

Существуют договора о взаимодополняемости систем NAVSTAR GPS, ГЛОНАСС и Галилео.

Китайская народная республика развивает независимую систему спутникового позиционирования Beidou (буквально — Северный Ковш, китайское название созвездия Большой Медведицы), которая в будущем должна преобразоваться в систему COMPASS. Beidou обеспечивает сегодня определение географических координат в Китае и на соседних территориях.

Также принято решение о создании собственной аналогичной системы в Индии. IRNSS (Indian Regional Navigation Satellite System) будет с помощью 7 спутников обеспечивать региональное покрытие самой Индии и частей сопредельных государств.

В настоящее время в околоземном космическом пространстве находится около 30 спутников NAVSTAR, около 20 ГЛОНАСС и 3 спутника COMPASS.

Вот некоторые области, где спyrниковые системы позиционирования уже нашли применение:

- развитие опорных геодезических сетей всех уровней: от глобальных до съемочных.

Они существенно потеснили, а точнее, вытеснили, такие традиционные технологии

геодезических работ, как полигонометрия, триангуляция, трилатерация;

- проведение нивелирных работ, начиная от технического нивелирования - до нивелирования

111 класса точности. Уже имеются публикации, где сообщается об определениях

разностей высот с точностью 11 класса - ±2 мм/км (Gacon, Bosy, Kontny,

1999);

- распространение единой высокоточной шкалы времени;

- исследования сейсмической активности и вулканизма, движений полюсов, земной

поверхности, горных пород и ледников, геоморфологические, биогеографические,

океанологические и метеорологические исследования, мониторинг ионосферы и др.

Обеспечение добычи полезных ископаемых, например, при открытой разработке угля,

бурильных работ, геофизического профилирования;

- геодезическое обеспечение строительства, прокладки кабелей, пyrепроводов, ЛЭП

и других инженерно-прикладных работ;

- использование сигналов точного времени и чаСТ01bl для синхронизации телекомму-

никационных и энергетических систем;

- кадастровые работы;

- землеустроительные работы;

- сельскохозяйственное применение - определение координат сельхозтехники с це·

лью внесения удобрений по заранее заготовленным картам, привязка в ходе уборки

объемов урожая к конкретным местам поля, выявление, местоопределение и картографирование

скоплений сорняков, ядохимикатов и др.;

- спасательно-предynредительные рабо1bl - геодезическое обеспечение при бедстBияx

И катастрофах;

- экологические исследования: координатная привязка разливов нефти вследствие

аварий, оценка площадей нефтяных пятен и определение направлений их движений;

- съемка и картографирование всех видов - топографическая, специальная, тематическая.

Современные приемники позволяют производить съемку даже в залесенной

местности;

- для картографии и геоинформатики особенно важной является интеграция ГСП с геоинформационными

системами (ГИС).