Реферат: Спутниковые системы местоопределения

Стоимость такого приемника колеблется от 100 до 1000 долларов.

Для индивидуального пользования разработаны также устройства, которые представляют собой специальные портативные компьютеры с навигационной программой и цифровой картой, текущий фрагмент которой высвечивается на миниатюрном ЖК-дисплее. Примером могут служить приборы «CARIN» — Car Information and Navigation (Philips), «Travelpilot» (Bosch) и др. Это, по сути, электронные лоцманы, дающие указания водителю синтезированным голосом, заранее сообщая обо всех поворотах, стоянках и прочих особенностях данного маршрута.

Для точного определения своего местонахождения компьютер получает информацию от трех источников: от GPS-приемника, от электронного компаса и от датчиков пройденного пути, установленных на колесах. В считанные секунды с момента включения зажигания (и питания) система определяет свое местонахождение с точностью +/- 100 м, а затем, используя базу данных в CD-ROM, уточняет его до +/- 10 м. Достаточно указать с помощью специальных символов на дисплее конец маршрута, и через 5 секунд компьютер выдаст оптимальную траекторию движения.

Наибольшее распространение эти системы получили в европейских странах, где почти для любой местности составлены электронные цифровые карты. Диапазон цен на это оборудование простирается от 1500 до 7500 DM. Но есть и более доступные по цене навигационные приборы, например «Филипс-Рутфайндер», которые по внешнему виду напоминают электронную записную книжку и стоят около 500 DM. Вводя с клавиатуры исходный пункт и место назначения, пользователь менее чем за минуту получает детальное описание маршрута, длительность пути, время прибытия в конечный пункт и другие параметры. База данных для вычислений хранится на магнитной карточке, которая вставляется в считывающее устройство «Рутфайндера». Этим прибором можно пользоваться даже при пеших прогулках по незнакомому городу (рис. 7).

10.1 Китай собирается сотрудничать с Россией в деле эксплуатации и развития системы ГЛОНАСС

Во время визита премьер-министра России Михаила Касьянова в Пекин, который состоялся в конце октября - начале ноября 2000 г., был подписан договор о сотрудничестве между Россией и Китаем в области эксплуатации и развития российской глобальной навигационной спутниковой системы ГЛОНАСС. Китай проявил интерес к установки терминалов этой системы на своих самолетах и в аэропортах.

Эта навигационная система является аналогом американской системы глобального позиционирования GPS. Она предназначается для определения точного положения и скорости движения объекта, расположенного в любой точке земного шара. В законченном виде система ГЛОНАСС должна будет состоять из 24 спутников. Сейчас на орбите находятся 14 спутников, но только 9 из них находятся в рабочем состоянии. Для полноценной эксплуатации системы требуется 1,5 млрд рублей в год.

В настоящее время на базе системы ГЛОНАСС предполагается создание Единой глобальной системы координатно-временного обеспечения (ЕС КВО). Кроме спутниковой системы, ЕС КВО включает:

ü Государственную систему Единого времени с эталонной базой страны;

ü Государственную систему и службу определения параметров вращения Земли;

ü систему наземной и заатмосферной оптической астрометрии;

ü космическую геодезическую систему и др.

Считается, что возможности существенного повышения точности навигационных определений связаны с созданием глобальной системы отсчета, использующей самоопределяющиеся навигационно-геодезические КА без привлечения измерений с поверхности Земли.

При разработке направлений и путей совершенствования системы учитывается постоянный рост требований пользователей к точности навигационных определений и целостности системы. При этом под целостностью в данном случае понимается способность самой системы обеспечивать предупреждение пользователей о тех моментах времени, когда система не должна использоваться для навигационных определений. Одним из важнейших путей решения этой проблемы является интеграция двух спутниковых радионавигационных систем - ГЛОНАСС и GPS.

Можно выделить четыре основных направления модернизации СРНС ГЛОНАСС:

1)   улучшение совместимости с другими радиотехническими системами;

2)   повышение точности навигационных определений и улучшение сервиса, предоставляемого пользователям;

3)   повышение надежности и срока службы бортовой аппаратуры спутников и улучшение целостности системы;

4)   развитие дифференциальной подсистемы.

Одним из элементов первого направления является уже упоминавшееся сокращение и смещение занимаемого диапазона частот. К настоящему времени находящиеся в эксплуатации КА уже полностью прекратили передачу радиосигналов в полосе 1610.6...1613.8 МГц диапазона L1 (литера частот k=16...20), используемой при радиоастрономических исследованиях. В дальнейшем КА "Ураган", уже находящиеся на орбите, будут использовать литеры частот k=0...12, 22...24, а литеры частот 13, 14 и 21 будут иметь ограниченное применение: после запуска КА на этапе ввода в эксплуатацию, а также при проведении профилактических работ. Литер k=0 потребителями системы не используется и служит для проверки находящихся на орбите резервных спутников.

На втором этапе, с началом запуска модернизированных КА "Ураган-М", излучение сигналов с борта КА будет осуществляться только на несущих частотах с литерами k=0...12. Наконец, на третьем этапе (ориентировочно с 2005 г.) КА "Ураган-М" будут использовать для излучения навигационных сигналов несущие частоты с k = -7 ... 4, а несущие частоты с номиналом 5 и 6 будут использоваться только как технологические при работе спутников с НКУ.

С целью повышения точности навигационных определений потребителями на борту КА "Ураган-М" будет установлен новый цезиевый стандарт частоты. Кроме того, модернизированные КА будут излучать сигналы для гражданских пользователей в двух диапазонах волн L1 и L2, что позволит практически полностью исключить ионосферную погрешность измерений пользователям, оборудованным двухчастотными приемниками.

Совместное использование для навигации двух систем - ГЛОНАСС и GPS, дает пользователям дополнительные преимущества, главными из которых являются повышение достоверности навигационного определения за счет увеличения числа доступных КА в зоне радиовидимости потребителя. Целый ряд предпосылок существенно облегчает интеграцию двух систем, в частности, приводя лишь к незначительному усложнению и удорожанию комбинированных приемников ГЛОНАСС-GPS. К таким предпосылкам можно отнести:

·     схожесть принципов синхронизации и измерения навигационных параметров;

·     малое различие в используемых системах координат;

·     близкий частотный диапазон;

·     общность принципов баллистического построения;

·     готовность правительств России и США предоставить системы для использования различными потребителями мирового сообщества.

Режим дифференциальной навигации основан на том, что большинство погрешностей СРНС во времени и в пространстве относительно постоянны. Следовательно, если одновременно с обработкой навигационных сигналов потребитель будет получать поправки к ним, характеризующие точность навигации в данном районе, то это, как показывает опыт, позволяет снизить погрешности определения координат и высоты до 5 м. Для обеспечения работы в таком режиме создаются дифференциальные подсистемы СРНС, которые подразделяются на широкозонные, региональные и локальные.

В России наиболее активно развивается последний тип дифференциальных подсистем.

К настоящему времени определились три основных класса локальных дифференциальных подсистем (ЛДПС) СРНС:

¨   морские, для обеспечения мореплавания в проливных зонах, узкостях и акваториях портов и гаваней в соответствии с требованиями Международной морской организации;

¨   авиационные, для обеспечения захода на посадку и посадки воздушных судов по категориям Международной организации гражданской авиации;

¨   локальные, для геодезических, землемерных и других специальных работ.

Предполагается, что сеть морских ЛДПС, работающих по сигналам систем ГЛОНАСС и GPS, будет охватывать все побережье России и акватории прилегающих морей. В настоящее время отдельные средства проходят предварительную проверку на Балтике.

К слову, имеются и весьма специфические применения ЛДПС СРНС, например, для контроля за перемещением машин инкассаторов.

Признавая, что КНС ГЛОНАСС является национальным достоянием России, распоряжением Президента РФ от 18.02.99 г. поручено Правительству РФ принять меры по безусловному сохранению и развитию КНС ГЛОНАСС и увеличению количества пользователей системы. Во исполнение этого распоряжения Правительство РФ в 22.03.99 г. приняло постановление, в котором определена ответственность федеральных органов исполнительной власти за поддержание и развитие КНС ГЛОНАСС и представлен "План первоочередных мероприятий по сохранению и развитию КНС ГЛОНАСС".

В соответствии с этим "Планом ..." разработана "Программа поддержания и развития КНС ГЛОНАСС на период до 2003 года", в которой предусматриваются мероприятия по безусловному сохранению КНС ГЛОНАСС, а так же ускоренное оснащение отечественного парка пользователей, работающих одновременно по сигналам от двух систем: ГЛОНАСС и GPS.

Программа развития космической навигации России базируется на следующих принципах:

Ø Модернизация КНС осуществляется поэтапно с учетом реальных возможностей промышленности и бюджетного финансирования;

Ø Государство гарантирует международному сообществу поддержание КНС с требуемыми характеристиками на период до 2010 г.;

Ø Разработка и эксплуатация системы учитывает возможность сотрудничества с другими странами в части координации использования КНС, внедрения передовых технологий, элементной базы;

Ø Навигационный сигнал КНС ГЛОНАСС сертифицирован на соответствие международным стандартам;

Ø Точностные характеристики КНС (СКО) в пределах 1 - 10 м обеспечиваются с применением дифференциального режима измерений, свыше 10 м в режиме прямой навигации;

Ø Выполнение требований по целостности и оперативному оповещению потребителей о состоянии системы осуществляется с помощью оперативного канала мониторинга целостности системы;

Долговременная программа развития КНС реализовывается по следующим укрупненным этапам.

Этап 1 (до 2003 г.). Поддержание КНС ГЛОНАСС на минимально допустимом уровне запусками КА «Глонасс», модернизация контура информационного обмена наземного комплекса управления, расширенное оснащение потребителей аппаратурой, работающей по сигналам двух систем: ГЛОНАСС и GPS. Разработка и создание КА "Глонасс-М" .

Этап 2 (до 2005 г.). Развертывание на базе КА "Глонасс-М" рабочей орбитальной группировки до 18 КА, переход в новый частотный диапазон навигационного сигнала. Отработка технологии эфемеридно-временного обеспечения с использованием межспутниковых измерений. Расширение номенклатуры и количества потребителей, работающих по сигналам КНС ГЛОНАСС и GPS. Разработка и создание маломассогабаритного КА "Глонасс-К".

Этап 3 (до 2010 г.). Развертывание штатной орбитальной группировки на базе маломассогабаритного КА "Глонасс-К". Расширение использования межспутниковой радиолинии для решения задач автономного эфемеридно-временного обеспечения, оперативного управления и контроля КА, обеспечения целостности. Создание наземной сети станций мониторинга КНС ГЛОНАСС и функциональных дополнений. Оснащение парка потребителей НАП, работающей по сигналам ГЛОНАСС, GPS, Galileo.

Сравнительные характеристики навигационных КА

В соответствии с Соглашением от 26 июня 1996 г. между Правительством РФ и ИКАО о предоставлении системы ГЛОНАСС для использования международному авиационному сообществу, ИКАО в 2000 г. завершает разработку стандартов и рекомендуемой практики, стандартизирующих использование системы ГЛОНАСС в составе глобальной навигационной спутниковой системы GNSS и до 2002 г. планирует скорректировать их в части использования системы ГЛОНАСС-М. Этим же Соглашением гарантируется поддержание характеристик системы ГЛОНАСС в течение не менее 15 лет.

Во исполнение Распоряжения Президента РФ от 18.02.99 г. (упомянуто выше) Правительство РФ выступило с Заявлением о предоставлении КНС ГЛОНАСС в качестве основы для создания и развития международных глобальных спутниковых систем.

НПО ПМ совместно с кооперацией основных изготовителей принимает участие в разработке международной навигационной системы GNSS-2. Проработаны вопросы по возможности размещения на КА "Глонасс-М" дополнительной полезной нагрузки (бортовая навигационная аппаратура европейской разработки), создания наземного комплекса мониторинга, определен облик перспективного навигационного аппарата. КА "Глонасс-К", разработанный НПО ПМ с учетом последних достижений науки и техники, предложен Европейскому сообществу в качестве космической платформы для международной навигационной системы GNSS-2.

GPS (Global Positioning Systems) — глобальная система позиционирования.
ГЛОНАСС — глобальная навигационная спутниковая система.
SPS (Standard Positioning Service) — стандартная точность измерений.
PPS (Precise Positioning Service) — прецизионное определение местоположения.
NAVSTAR (NAVigation System with Time And Ranging) — навигационная система определения времени и дальности.
C/A (Coarse Acquisition) — грубый захват.
S/A (Selective Availability) — избирательный доступ.

СРНС – спутниковая радионавигационная система

ЕС КВО – Единая глобальная система координатно-временного обеспечения

КА – космический аппарат

НКА – навигационный КА

ЭО –эфемеридное обеспечение

UTC – координированное всемирное время

1.   ГЛОНАСС, Интерфейсный контрольный документ. КНИЦ, 1995.

2.    GPS Interface Control Document (ICD-GPS-200), 1991.

3.    Rossbach U. et al. Transformation Parameters Beetween PZ-90 and WGS-84, 1996.

4.    Misra P. et al. SGS85-WGS84 Transformation, Manuscripta Geodaetica, Vol.19, 1994.

5.    Бутенко В.В., "Возможности использования ПКА “Эталон” для решения фундаментальных и прикладных задач геодезии, геофизики и геодинамики", Геодезия и картография, № 12, 1993.

6.   Журнал «Новости навигации» , номер 2(4) 1999.

7.   Богданов В.А., Сорочинский В.А., Якшевич Е.В. "Спутниковые системы морской навигации." – М.: Транспорт, 1987.

8.   Баранов Ю.К.  "Определение места судна с помощью навигационных спутников." -  М.: Транспорт, 1984.

9.   Оружие России. Том VI: Ракетно-космическая техника. - М.:Военный Парад, 1997.-589 стр. с илл.

10.       Н.М. Волков, Н.Е. Иванов, В.А. Салищев, В.В. Тюбалин. Глобальная навигационная спутниковая система "ГЛОНАСС"//Успехи современной радиоэлектроники. 1997. №1.

11.       А. Владимиров. В полете - тройка "Ураганов"//Новости космонавтики. 1999. №2,3.

12.       http://www.geokosmos.ru

13.       http://www.satellite.srd.mtuci.ru

14.       http://www.mcc.rsa.ru

15.       http://www.terraspace.ru/activity/geodez/library

16.       http://www.rssi.ru/SFCSIC/SFCSIC_main.html

17.        http://www.online.ru/news

18.        http://www.ustu.ru/cnit/rcnit/inf_techn/slovar/item0145.htm

19.        http://www.comizdat.com.ua/nets/y1999/no2/a51.htm

20.        http://kunegin.narod.ru/ref1/glonass/6.htm